CN213846342U - 一种发射器、电能转换装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域，公开了一种发射器、电能转换装置及激光雷达。发射器包括发射线圈、功率开关管、控制器及整形电路，控制器输出控制信号，控制信号经过整形电路处理后产生驱动信号以控制功率开关管导通或关断，从而控制发射线圈的导通或关断，使得发射线圈产生振荡电压。通过调节控制器输出的控制信号，可达到控制发射线圈上振荡电压的频率和幅值，进而达到灵活调节输出电压等接收端参数，并且通过仿真可得到接收端满足需求的最佳工作平衡点，有利于提高整机效率。

Description

一种发射器、电能转换装置及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种发射器、电能转换装置及激光雷达。

背景技术

在传统的电能转换装置中，例如无线供电装置、反激变换器等，一般都包括模拟振荡电路、发射线圈/变压器原边绕组、接收线圈/变压器副边绕组、整流稳压电路这几个模块，以无线供电装置为例，工作过程为通过模拟振荡电路将输入电源转换为在发射线圈产生的振荡电压，由此发射线圈产生交变磁场，接收线圈耦合该交变磁场并产生振荡交流电压，振荡交流电压经过整流稳压电路后变为直流电压，该直流电压可为电池进行充电，也可为用电器件进行供电。

然而，发明人在实施本实用新型的过程中，发现现有技术至少存在以下技术问题，模拟振荡电路在生产出来后，其振荡频率和振荡幅值都只能被限定在一定的范围内，无法随意调节，并且，模拟振荡电路一般是靠非线性元件，例如电容、电感等实现相位翻转，而电容、电感在制造过程中存在偏差，同时都会或多或少受到温度的影响，从而造成其工作一致性较差。因此，传统的电能转换装置采用模拟振荡电路作为发射线圈/变压器原边绕组中振荡电压的产生来源的方式，具有一定的局限性，并且可靠性不高，有必要对传统的电能转换装置进行改进。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种发射器、电能转换装置及激光雷达，能够解决传统技术中的电能转换装置无法灵活调节振荡频率和振荡幅值的技术问题。

本实用新型实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：

在第一方面，本实用新型实施例提供一种发射器，包括发射线圈、功率开关管、控制器及整形电路；所述功率开关管包括控制端、第一端及第二端；所述发射线圈的一端用于被施加输入电压，所述发射线圈的另一端与所述功率开关管的第一端连接，所述整形电路分别与所述控制器及所述功率开关管的控制端连接，所述功率开关管的第二端接地；所述控制器用于产生控制信号，所述整形电路用于将所述控制信号整形成驱动所述功率开关管导通或关断的驱动信号，从而控制所述发射线圈的导通或关断。

可选的，所述整形电路包括储能电路及放电电路；所述储能电路分别与所述控制器及所述功率开关管的控制端连接，所述放电电路分别与所述储能电路及所述控制器连接；当所述控制信号为第一电平信号时，所述储能电路充电，当所述控制信号为第二电平信号时，所述储能电路通过所述放电电路放电。

可选的，所述储能电路包括第一电阻及第一电容；所述第一电阻的一端与所述控制器连接，所述第一电阻的另一端、所述第一电容的一端及所述功率开关管的控制端共同连接，所述第一电容的另一端接地。

可选的，所述放电电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述功率开关管的控制端连接，所述二极管的阴极与所述控制器连接。

可选的，所述放电电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述功率开关管的控制端连接，所述第二电阻的另一端接地。

可选的，所述整形电路还包括信号隔离电路，所述信号隔离电路分别与所述控制器及所述储能电路连接。

可选的，所述信号隔离电路包括第二电容及第二二极管；所述第二电容的一端与所述控制器连接，所述第二电容的另一端、所述第二二极管的阴极及所述第一电阻的一端共同连接，所述第二二极管的阳极接地。

可选的，还包括钳位电路，所述钳位电路包括第三电阻、第三电容及第三二极管，所述第三电阻的一端、所述第三电容的一端及所述发射线圈的一端用于共同连接于输入电源，所述第三电阻的另一端、所述第三电容的另一端及所述第三二极管的阴极共同连接，所述第三二极管的阳极、所述发射线圈的另一端及所述功率开关管的第一端共同连接。

在第二方面，本实用新型实施例提供一种电能转换装置，包括如上所述的发射器；以及接收器，所述接收器用于耦合所述发射器发射的能量。

在第三方面，本实用新型实施例提供一种激光雷达，包括如上所述的电能转换装置。

本实用新型实施例提供一种发射器、电能转换装置及激光雷达。发射器包括发射线圈、功率开关管、控制器及整形电路，控制器输出控制信号，控制信号经过整形电路处理后产生驱动信号以控制功率开关管导通或关断，从而控制发射线圈的导通或关断，使得发射线圈产生振荡电压。通过调节控制器输出的控制信号，可达到控制发射线圈上振荡电压的频率和幅值，进而达到灵活调节输出电压等接收端参数，并且通过仿真可得到接收端满足需求的最佳工作平衡点，有利于提高整机效率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供一种激光雷达的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供一种电能转换装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供一种发射器的结构示意图；

图4是图3中提供一种整形电路的结构示意图；

图5是图3中提供另一种整形电路的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供一种发射器的电路结构示意图；

图7是本实用新型另一实施例提供一种发射器的电路结构示意图；

图8是本实用新型又一实施例提供一种发射器的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

随着经济社会的发展，激光雷达广泛应用于汽车自动驾驶、机器人导航、空间环境测绘、安保安防等领域。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等信息的探测系统，其一般包括发射模块、接收模块及信号处理模块这三个部分，其工作原理是发射模块向目标发射激光束作为探测信号,然后接收模块接收从目标反射回来的回波信号，信号处理模块将回波信号作适当处理后,就可获得目标的有关信息。而为了更加有效地获取周围的环境信息，扩大监控范围，激光雷达需要实现360度旋转扫描。这种能够实现360度旋转扫描的激光雷达通过以自身作为原点，采集周围点云，从而全方位构建三维立体模型，可得到可观的监控范围以及保证周围环境获取的有效性。

现行可实现360度旋转扫描的激光雷达包括固定部和旋转部，固定部和旋转部可通信连接，旋转部旋转时采集周围点云，得到与周围环境相关测量信号，然后将该测量信号实时传递至固定部，以便固定部对该测量信号进行处理，解析出相应的数据信息。旋转部想要实现自身的运转，需要有电能支持，于是，在固定部和旋转部之间设置有滑环或类似的机械结构来传输能量，或者传输数据信息，滑环安装在激光雷达的旋转部，主要由定子和转子两大部分组成，其本质在于内部有若干数量的电刷，这样可以是定子与转子保持能量和信息的连通。然而，滑环在使用过程中会出现磨损的情况，其使用寿命十分有限，同时滑环在转动过程中会存在通信不稳定的问题，因此，采用滑环等物理接触机械结构的激光雷达是存在弊端的。

采用无线供电装置的激光雷达能够很好地解决旋转部实现运转的电能需求，通过发射线圈产生交变磁场，接收线圈耦合该交变磁场以获取电能，再通过整流滤波等处理后，可为旋转部进行供电。此种采用非物理接触的无线供电方式，能够解决因物理接触、机械磨损导致电气连接失效等问题，因而具有很好的应用前景。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供一种激光雷达的结构示意图。如图1所示，激光雷达100包括固定部10和旋转部20，固定部10和旋转部20可实现电能传输以及数据信息传输。

在一些实施例中，旋转部20包括可用来产生光信号的电光转换模块，固定部10包括用于接收光信号并将光信号转换成电信号的光电转换模块以及用于对电信号进行处理的电路板。其中，旋转部20可相对于固定部10旋转。

在通信时，通信信息从雷达旋转部20传递到雷达固定部10，首先用数据驱动电光转换模块中的LED转换成光信号，雷达固定部10的光电转换模块接收光信号并将光信号转换成相应的电信号，该电信号经过电路板一系列处理之后得到原始数据信息。

激光雷达100还包括电能转换装置30，电能转换装置30通过发射器和接收器耦合的方式实现电能传输。在一些实施例中，发射器位于雷达的固定部10，接收器位于雷达的旋转部20。

请参阅图2，图2是本实用新型实施例提供一种电能转换装置的结构示意图。如图2所示，该电能转换装置30包括发射器31以及接收器32，发射器31与电源连接，可将电源转化成能量的形式发射至接收器32，接收器32耦合发射器31发射的能量并转化为电能，接收器32将得到的电能进行处理后，可以为电池充电，也可以为用电器件供电。

可以理解的是，电能转换装置30可以被构造成无线供电装置，也可以被构造成任意形式的反激式变换器，或者其它的电能转换装置，当电能转换装置30为无线供电装置时，其通过发射线圈与接收线圈进行耦合以实现能量传递，实现电-磁-电的转换，当电能转换装置30为反激式变换器时，其通过变压器的初级侧绕组和次级侧绕组进行耦合以实现能量传递，同样能够实现电-磁-电的转换，其它电能转换装置的能量传递方式此处不一一赘述，只要能够实现电-磁-电的转换即可。

请参阅图3，图3为本实用新型实施例提供一种发射器的结构示意图。如图3所示，发射器31包括发射线圈311、控制器312、整形电路313及功率开关管314。其中，功率开关管314包括控制端A、第一端B及第二端C。

发射线圈311的一端与电源连接，并且被施加输入电压，发射线圈311的另一端与功率开关管314的第一端B连接，整形电路313分别与控制器312及功率开关管314的控制端A连接，功率开关管314的第二端C接地。

控制器312可产生可产生控制信号，例如PWM控制信号，整形电路313用于对控制器312产生的控制信号进行整形处理，整形后的信号作为驱动信号，以驱动功率开关管314的导通与关断，从而控制发射线圈311的导通或关断，将输入电压转化为发射线圈311上的振荡电压，进而产生交变磁场，以使接收器32耦合该交变磁场并得到振荡电压，然后将该振荡电压进行整流、滤波等处理来得到直流电压，该直流电压可为充电电池进行充电，或者为用电器件或设备供电。

当控制器312产生的控制信号为PWM控制信号时，可通过调整该PWM控制信号的频率或占空比，从而能够在发射线圈313上形成具有预设频率或预设振幅的振荡电压，进而实现发射功率的调节,同时可通过此种方式，可找到接收器32端满足需求的最佳工作平衡点，实现整机功耗的优化，有利于提高整机效率。

控制器312可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，控制器312还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器312也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。在本特定实施例中，控制器312采用STC8G1K08八脚MCU或者单片机STC15W201S。

整形电路313对控制信号进行整形以得到驱动信号的过程中，如图4所示，整形电路313包括储能电路3131及放电电路3132，储能电路3131分别与控制器312及功率开关管314的控制端A连接，放电电路3132分别与储能电路3131及控制器312连接。

在具体工作过程中，当控制信号为第一电平信号(例如为高电平信号)时，储能电路3131利用第一电平信号的电压为自身充电，当充电一定时间后，储能电路3131的充电电压大于功率开关管314的导通条件时而使得功率开关管314导通，由于充电电压是缓慢变化的，从而在功率开关管314的控制端A形成一个缓慢上升的驱动信号，可使得功率开关管314随着该缓慢上升的驱动信号缓慢地导通。当控制信号为第二电平信号(例如为低电平信号)时，储能电路3131储存的电能通过放电电路3132泄放掉，以便储能电路3131实现下一次储能。因此，通过储能电路3131及放电电路3132对控制信号进行整形，使得功率开关管314的开关周期跟随控制信号的波形变化，完成导通与关断之间的切换。

在正常情况下，对功率开关管314进行驱动时，控制信号是具有第一电平信号和第二电平信号这两个模态的脉冲信号的，然而，当控制器312出现异常时，例如，其持续输出第一电平信号或持续输出第二电平信号，此时，此种异常输出会导致电路出现过流、过热等情况，这会极大地影响电路系统工作的稳定性和可靠性。

于是，如图5所示，整形电路313还包括信号隔离电路3133，信号隔离电路3133用于隔离控制器312输出的异常信号，使得驱动功率开关管314的控制信号始终为正常的脉冲信号，确保能够对功率开关管314进行正常的驱动。

如图6所示，储能电路3131包括第一电阻R1及第一电容C1。第一电阻R1的一端与控制器312连接，第一电阻R1的另一端、第一电容C1的一端及功率开关管314的控制端A共同连接，第一电容C1的另一端接地。

功率开关管314可以是任意合适的切换开关或电子开关管，为了方便说明相关电路，下面功率开关管314以NMOS管Q1为例进行说明，相应的，功率开关管314的控制端A为NMOS管Q1的栅极G，功率开关管314的第一端B为NMOS管Q1的漏极D，功率开关管314的第二端C为NMOS管Q1的源极S。

放电电路3132包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与NMOS管Q1的栅极G连接，第一二极管D1的阴极与控制器312连接。

如图7所示，放电电路3132还包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端与NMOS管Q1的栅极G连接，第二电阻R2的另一端接地。

信号隔离电路3133包括第二电容C2及第二二极管D2，第二电容C2的一端与控制器312连接，第二电容C2的另一端、第二二极管D2的阴极与第一电阻R1的一端共同连接，第二二极管D2的阳极接地。

在控制器312输出异常时，无论其持续输出第一电平信号还是持续输出第二电平信号，由于第二电容C2的隔离作用，此两种输出形式均无法驱动NMOS管Q1导通，NMOS管Q1会维持关断状态。

为了更加清楚地阐述整形电路313具体的工作过程，下面结合图7对上述各个实施例进行详细阐述。

当控制器312输出第一电平信号(例如为高电平信号)时，通过第二电容C2及第一电阻R1对第一电容C1进行充电，第一电容C1两端电压逐渐上升，从而在NMOS管Q1的栅极G处得到一个电压缓慢上升的驱动信号，当电压满足NMOS管Q1的导通条件时，NMOS管Q1导通，由于驱动信号的电压是缓慢变化的，于是NMOS管Q1随着驱动信号缓慢地导通的；当控制器312输出第二电平信号(例如为低电平信号)时，储存在第一电容C1上的电能同时通过第一二极管D1及第二电阻R2这两条路径泄放，第一电容C1的两端电压以极快的速度下降，使得NMOS管Q1的栅极G的电位迅速拉低，NMOS管Q1也迅速关断，同时，第二电容C2上的电荷通过第二二极管D2放电，使得第二电容C2储存的电荷维持在较低的水平，以便当下一个高电平到来时，能够继续通过第二电容C2及第一电阻R1对第一电容C1进行充电。

因此，通过上述方式，一方面，其可改善NMOS管Q1的驱动信号波形，另一方面，其可隔离控制器312输出的异常控制信号，以保证系统工作的稳定性和可靠性。

如图8所示，发射器31还包括钳位电路315，钳位电路315可吸收能量，在NMOS管Q1关断时进行缓冲，减小NMOS管Q1关断时发射线圈311上漏感的能量在NMOS管Q1上造成的电压尖峰。

具体的，钳位电路315包括第三电阻R3、第三电容C3及第三二极管D3。第三电阻R3的一端、第三电容C3的一端及发射线圈311的一端共同连接于输入电源VIN，第三电阻R3的另一端、第三电容C3的另一端及第三二极管D3的阴极共同连接，第三二极管D3的阳极、发射线圈311的另一端及NMOS管Q1的漏极D共同连接。

最后要说明的是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本实用新型的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本实用新型不同方面的许多其它变化，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发射器，其特征在于，包括发射线圈、功率开关管、控制器及整形电路；

所述功率开关管包括控制端、第一端及第二端；

所述发射线圈的一端用于被施加输入电压，所述发射线圈的另一端与所述功率开关管的第一端连接，所述整形电路分别与所述控制器及所述功率开关管的控制端连接，所述功率开关管的第二端接地；

所述控制器用于产生控制信号，所述整形电路用于将所述控制信号整形成驱动所述功率开关管导通或关断的驱动信号，从而控制所述发射线圈的导通或关断。

2.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述整形电路包括储能电路及放电电路；

所述储能电路分别与所述控制器及所述功率开关管的控制端连接，所述放电电路分别与所述储能电路及所述控制器连接；

当所述控制信号为第一电平信号时，所述储能电路充电，当所述控制信号为第二电平信号时，所述储能电路通过所述放电电路放电。

3.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，所述储能电路包括第一电阻及第一电容；

所述第一电阻的一端与所述控制器连接，所述第一电阻的另一端、所述第一电容的一端及所述功率开关管的控制端共同连接，所述第一电容的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的发射器，其特征在于，所述放电电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述功率开关管的控制端连接，所述第一二极管的阴极与所述控制器连接。

5.根据权利要求4所述的发射器，其特征在于，所述放电电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述功率开关管的控制端连接，所述第二电阻的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的发射器，其特征在于，所述整形电路还包括信号隔离电路，所述信号隔离电路分别与所述控制器及所述储能电路连接。

7.根据权利要求6所述的发射器，其特征在于，所述信号隔离电路包括第二电容及第二二极管；

所述第二电容的一端与所述控制器连接，所述第二电容的另一端、所述第二二极管的阴极及所述第一电阻的一端共同连接，所述第二二极管的阳极接地。

8.根据权利要求1至7任一项所述的发射器，其特征在于，还包括钳位电路，所述钳位电路包括第三电阻、第三电容及第三二极管，所述第三电阻的一端、所述第三电容的一端及所述发射线圈的一端用于共同连接于输入电源，所述第三电阻的另一端、所述第三电容的另一端及所述第三二极管的阴极共同连接，所述第三二极管的阳极、所述发射线圈的另一端及所述功率开关管的第一端共同连接。

9.一种电能转换装置，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的发射器；以及

接收器，所述接收器用于耦合发射器发射的能量。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求9所述的电能转换装置。

Images