CN218976018U - 半导体驱动电路及激光雷达发射系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体驱动电路及激光雷达发射系统，该半导体驱动电路应用于电路技术领域，包括：高压单元、驱动单元、第二NMOS管；高压单元包括第一电感、第一电容、第一NMOS管等，其可以存储一定幅值的高压；第一电容、第二NMOS管、激光器可形成放电回路，驱动单元可根据外部输入的放电信号导通第二NMOS管，也即导通前述放电回路，进而将高压单元存储的高压通过激光器放掉，从而达到驱动激光器发光的目的。本实用新型提供了一种高侧驱动形式的半导体驱动电路，可以稳定打开放电回路中的第二NMOS管，提高激光器发射的峰值功率，减小发光信号的脉宽，进而有效解决现有技术的问题。

Description

半导体驱动电路及激光雷达发射系统

技术领域

本实用新型属于电路技术领域，更具体地说，是涉及一种半导体驱动电路及激光雷达发射系统。

背景技术

半导体激光器由于其波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产等优点被广泛应用于各个领域。在此基础上，提高半导体激光器发射的峰值功率，降低其发光脉宽，成为各领域的优化目标。目前常规电路驱动的激光器，并不能满足高功率和较窄的发光脉宽两方面要求。

因此，本申请旨在提供一种半导体驱动方案以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体驱动电路及激光雷达发射系统，以解决现有技术中存在的目前常规电路驱动的激光器无法满足高功率和较窄的发光脉宽两方面要求的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的第一方面，提供了一种半导体驱动电路，所述半导体驱动电路包括：

高压单元；所述高压单元包括第一电感、第一电容、第一NMOS管、第一二极管；所述第一电感的第一端用于连接外部电源，所述第一电感的第二端分别与所述第一NMOS管的漏极、所述第一二极管的正极端连接，所述第一NMOS管的源极与所述第一电容的第一端连接后接地，所述第一NMOS管的栅极用于接收外部输入的充电信号，所述第一二极管的负极端与所述第一电容的第二端连接；

包含有第一芯片的驱动单元；所述驱动单元的正输入端用于接收外部输入的放电信号，所述驱动单元的负输入端接地；

第二NMOS管；所述第二NMOS管的漏极与所述第一电容的第二端连接，所述第二NMOS管的栅极与所述驱动单元的正输出端连接，所述第二NMOS管的源极分别与所述驱动单元的负输出端、外部被驱动的激光器的正极端连接；

所述激光器的负极端接地后与所述第一电容、所述第二NMOS管形成放电回路，所述放电回路响应于所述放电信号驱动所述激光器发光。

在一种可能的实现方式中，所述驱动单元包括：

第一变压器和第一芯片；

所述第一变压器初级线圈的第一端用于接收外部输入的放电信号，所述第一变压器初级线圈的第二端接地，所述第一变压器次级线圈的高压端连接所述第一芯片的信号输入端，所述第一变压器次级线圈的低压端连接所述第一芯片的浮地端；所述第一芯片的信号输出端为所述驱动单元的正输出端，所述第一芯片的浮地端为所述驱动单元的负输出端。

在一种可能的实现方式中，所述驱动单元还包括：芯片供电电路；

所述芯片供电电路包括第二芯片；

所述第二芯片的电源输入端用于连接外部工作电源，所述第二芯片的信号输入端用于接收所述充电信号，所述第二芯片的接地端接地，所述第二芯片的信号输出正端与所述第一芯片的电源输入端连接，所述第二芯片的信号输出负端与所述第一芯片的浮地端连接。

在一种可能的实现方式中，所述半导体驱动电路包含至少两个驱动通道；每个驱动通道都包含所述高压单元、驱动单元以及所述第二NMOS管；

各个驱动通道的第一电感的第一端用于连接同一外部电源，每个驱动通道的第二NMOS管的源极用于连接一外部被驱动的激光器。

在一种可能的实现方式中，各个驱动通道在电路板上均匀设置。

在一种可能的实现方式中，所述半导体驱动电路还包括：耦合电容；

所述耦合电容的第一端与每个第一电感的第一端连接，所述耦合电容的第二端接地。

本实用新型的第二方面，还提供了一种激光雷达发射系统，所述激光雷达发射系统包括：

激光器以及以上所述的半导体驱动电路；

所述激光器的正极端与所述第二NMOS管的源极一一对应连接，所述激光器的负极端接地。

本实用新型提供的半导体驱动电路及激光雷达发射系统的有益效果在于：

在本实用新型中，高压单元可存储一定幅值的高压，在此基础上，根据外部输入的放电信号，驱动单元可以导通第二NMOS管，也即导通第一电容、第二NMOS管、激光器形成的放电回路，进而将高压单元存储的高压通过激光器放掉，从而达到驱动激光器发光的目的。分析本实用新型提供的半导体驱动电路可知区别于常规电路，本实用新型提供了一种高侧驱动形式的半导体驱动电路，基于该高侧驱动形式的半导体驱动电路，可以稳定打开放电回路中的第二NMOS管，提高激光器发射的峰值功率，减小发光信号的脉宽，进而有效解决现有技术的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的半导体驱动电路的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的高压单元的工作原理示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的驱动单元的工作原理示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的芯片供电电路的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的激光雷达发射系统的结构示意图；

图6为本实用新型一实施例提供的激光雷达发射系统各放电回路器件的布局示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

请参考图1，图1为本实用新型一实施例提供的半导体驱动电路的结构示意图，该半导体驱动电路包括：

高压单元2。高压单元2包括第一电感L1、第一电容C1、第一NMOS管Q1、第一二极管D1。第一电感L1的第一端用于连接外部电源VCC，第一电感L1的第二端分别与第一NMOS管Q1的漏极、第一二极管D1的正极端连接，第一NMOS管Q1的源极与第一电容C1的第一端连接后接地，第一NMOS管Q1的栅极用于接收外部输入的充电信号，第一二极管D1的负极端与第一电容C1的第二端连接。

包含有第一芯片的驱动单元3。驱动单元3的正输入端用于接收外部输入的放电信号，驱动单元的负输入端接地。

第二NMOS管Q2。第二NMOS管Q2的漏极与第一电容C1的第二端连接，第二NMOS管Q2的栅极与驱动单元3的正输出端连接，第二NMOS管Q2的源极分别与驱动单元3的负输出端、外部被驱动的激光器LD1的正极端连接。

激光器LD1的负极端接地后与第一电容C1、第二NMOS管Q2形成放电回路，放电回路响应于放电信号驱动激光器LD1发光。

在本实施例中，高压单元2的工作原理可参考图2，外部的充电信号输入至第一NMOS管Q1的栅极G与源极S之间，充电信号高电平期间第一NMOS管Q1导通，此时第一NMOS管Q1漏极D相当于接地，此时间段第一电感L1储能。充电信号下降沿出现时，第一电感L1与第一电容C1开始进行能量转换，一定时间后第一电容C1中存储一定的能量。

在此基础上，驱动单元3的工作原理可参考图3，当第一电容C1中存储一定的高压HV后，驱动单元3响应于放电信号经驱动单元3后输出放电电压，该放电电压加到位于高侧第二NMOS管Q2的栅极与源极之间，从而使第二NMOS管Q2导通，C1的高压HV与Q2、LD1形成放电回路，使激光器LD1发光。

综合上述，本实施例中半导体驱动电路的整体工作流程为：接收充电信号，Q1导通，电感L1存储能量，Q1关断后，电感L1和第一电容C1进行能量转换，电容C1两端此时已经存储一定幅值的电压。驱动单元3接收放电信号，打开位于高边的Q2将第一电容C1的电压通过LD1瞬间放掉，从而使LD1发出固定波长的脉冲信号。其中，本实施例所描述的充电信号与放电信号均是由外部的控制设备输入的，充电信号与放电信号在时序上需保证是错开的，在此基础上，其具体的时序可由外部的控制设备以及实际的控制需求确定，此点并非本实施例的发明点，在此不做赘述。

从以上描述可知，在本实用新型实施例中，高压单元可存储一定幅值的高压，在此基础上，根据外部输入的放电信号，驱动单元可以导通第二NMOS管，也即导通第一电容、第二NMOS管、激光器形成的放电回路，进而将高压单元存储的高压通过激光器放掉，从而达到驱动激光器发光的目的。分析本实用新型实施例提供的半导体驱动电路可知区别于常规电路，本实用新型实施例提供了一种高侧驱动形式的半导体驱动电路，基于该高侧驱动形式的半导体驱动电路，可以稳定打开放电回路中的第二NMOS管，提高激光器发射的峰值功率，减小发光信号的脉宽，进而有效解决现有技术的问题。

在一种可能的实现方式中，可一并参考图1及图3中驱动单元3的具体形式，图1和图3中驱动单元3的具体结构为一示例，驱动单元3可以包括：

第一变压器T1和第一芯片U1。

第一变压器T1初级线圈的第一端用于接收外部输入的放电信号，第一变压器T1初级线圈的第二端接地，第一变压器次级线圈T1的高压端连接第一芯片U1的信号输入端IN1，第一变压器次级线圈T1的低压端连接第一芯片U1的浮地端GND1。第一芯片U1的信号输出端OUT1为驱动单元3的正输出端，第一芯片U1的浮地端GND1为驱动单元3的负输出端。

在本实施例中，依据本实施例提供的驱动单元3的结构，当第一电容C1中存储一定的高压HV后，放电信号经变压器T1初级线圈耦合到次级线圈，次级线圈感应到放电信号后，将该放电信号加到第一芯片U1的IN1和GND1之间，经第一芯片U1的OUT1和GND1输出放电电压，该放电电压加到位于高侧第二NMOS管Q2的栅极与源极之间，从而使第二NMOS管Q2导通，C1的高压HV与Q2、LD1形成放电回路，使激光器LD1发光。

在一种可能的实现方式中，请参考图4，驱动单元3还包括：

芯片供电电路。

芯片供电电路包括第二芯片US1。

第二芯片US1的电源输入端VDD用于连接外部工作电源，第二芯片US1的信号输入端IN1用于接收充电信号，第二芯片US1的接地端GND接地，第二芯片US1的信号输出正端OUT1+与第一芯片U1的电源输入端VDD1连接，第二芯片US1的信号输出负端OUT1-与第一芯片U1的浮地端GND1连接。

在本实施例中，第二芯片US1的VDD端和GND端之间施加第二芯片US1正常工作的电压VDD，充电信号通过IN1为US1提供一定频率的充电信号，确保OUT1+和OUT1-两端产生一个稳定的电压VDD 1，该电压VDD 1作为第一芯片U1的供电电压。此种设计使得电压VDD和电压VDD1在电路上是相互隔离的，因此可以为第一芯片U1提供一个稳定的隔离电源。

在一种可能的实现方式中，半导体驱动电路包含至少两个驱动通道，每个驱动通道都包含高压单元、驱动单元以及第二NMOS管。

各个驱动通道的第一电感的第一端用于连接同一外部电源，每个驱动通道的第二NMOS管的源极用于连接一外部被驱动的激光器。

在一种可能的实现方式中，各个驱动通道在电路板上均匀设置。

在本实施例中，当包含多个驱动通道时，即可实现多通道驱动。

在本实施例中，半导体驱动电路通常是设置在电路板(比如PCB板)上的，在此基础上，当半导体驱动电路中包含多个驱动通道时，各个驱动通道可在电路板上均匀排布，相对应的，外部被驱动的激光器也可均匀设置，从而保证多个驱动通道与多个激光器形成的多个放电回路的性能一致性，减小各个放电回路的寄生电感，避免单个激光器发光时，其他的激光器在没有放电信号时存在漏光的现象。也就是说，本实施例中各放电回路相关器件紧凑放置，各通道围绕激光器均匀放置，可以减小前述放电回路中的寄生电感，提高激光器发射的峰值功率，减小发光信号的脉宽，进而更为有效地解决现有技术的问题。

在一种可能的实现方式中，半导体驱动电路还可包括：耦合电容。

耦合电容的第一端与每个第一电感的第一端连接，耦合电容的第二端接地。

本实用新型的第二方面，还提供了一种激光雷达发射系统，该激光雷达发射系统包括：

激光器4以及以上的半导体驱动电路。

激光器的正极端与第二NMOS管的源极一一对应连接，激光器的负极端接地。

在本实施例中，可参考图5，图5为包含4个驱动通道的激光雷达发射系统的示例，其中，1表示耦合电容形成的耦合单元，2表示高压单元，3表示驱动单元，4为激光器，5为芯片供电电路。图5中的半导体驱动电路包含4个驱动通道，其中各个驱动通道连接同一外部电源VCC，每个驱动通道均连接一激光器。在此基础上，图5所示的激光雷达发射系统中各放电回路器件在电路板上的布局示意图可参考图6。其中，放电回路器件指的是激光器、第一电容、第二NMOS管、驱动单元等。图6中，4为激光器，61为第一电容，62为第二NMOS管，3为驱动单元，箭头的旋转方向为放电回路中的电流流向。在进行实际布板时，各放电回路中的第一电容、第二NMOS管与激光器尽量靠近放置，保证形成最小的环路，以使放电回路的寄生电感最小。其中，对于激光雷达发射系统中非放电回路中的器件，比如第一电感、第一NMOS管等的布局可根据放电回路器件的布局适应性设计。

基于图5所示的电路结构以及图6所示的电路布局，本实施例提供的激光雷达发射系统不仅可以稳定打开放电回路中的第二NMOS管，提高激光器发射的峰值功率，还可以减小放电回路中的寄生电感，减小发光信号的脉宽，消除单个激光器发光时其余激光器漏光的现象。

基于以上分析，本实施例提供的激光雷达发射系统可实现提高测距和满足人眼安全的目的。同时，根据本实施例提供的激光雷达发射系统结构，既可实现单通道的激光雷达发射系统、也可实现双通道的激光雷达发射系统、实现多通道的激光雷达发射系统，也即本实施例还拥有广泛的应用范围。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种半导体驱动电路，其特征在于，包括：

高压单元；所述高压单元包括第一电感、第一电容、第一NMOS管、第一二极管；所述第一电感的第一端用于连接外部电源，所述第一电感的第二端分别与所述第一NMOS管的漏极、所述第一二极管的正极端连接，所述第一NMOS管的源极与所述第一电容的第一端连接后接地，所述第一NMOS管的栅极用于接收外部输入的充电信号，所述第一二极管的负极端与所述第一电容的第二端连接；

包含有第一芯片的驱动单元；所述驱动单元的正输入端用于接收外部输入的放电信号，所述驱动单元的负输入端接地；

第二NMOS管；所述第二NMOS管的漏极与所述第一电容的第二端连接，所述第二NMOS管的栅极与所述驱动单元的正输出端连接，所述第二NMOS管的源极分别与所述驱动单元的负输出端、外部被驱动的激光器的正极端连接；

所述激光器的负极端接地后与所述第一电容、所述第二NMOS管形成放电回路，所述放电回路响应于所述放电信号驱动所述激光器发光。

2.如权利要求1所述的半导体驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括：

第一变压器和第一芯片；

所述第一变压器初级线圈的第一端用于接收外部输入的放电信号，所述第一变压器初级线圈的第二端接地，所述第一变压器次级线圈的高压端连接所述第一芯片的信号输入端，所述第一变压器次级线圈的低压端连接所述第一芯片的浮地端；所述第一芯片的信号输出端为所述驱动单元的正输出端，所述第一芯片的浮地端为所述驱动单元的负输出端。

3.如权利要求2所述的半导体驱动电路，其特征在于，所述驱动单元还包括：芯片供电电路；

所述芯片供电电路包括第二芯片；

所述第二芯片的电源输入端用于连接外部工作电源，所述第二芯片的信号输入端用于接收所述充电信号，所述第二芯片的接地端接地，所述第二芯片的信号输出正端与所述第一芯片的电源输入端连接，所述第二芯片的信号输出负端与所述第一芯片的浮地端连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的半导体驱动电路，其特征在于，所述半导体驱动电路包含至少两个驱动通道；每个驱动通道都包含所述高压单元、驱动单元以及所述第二NMOS管；

各个驱动通道的第一电感的第一端用于连接同一外部电源，每个驱动通道的第二NMOS管的源极用于连接一外部被驱动的激光器。

5.如权利要求4所述的半导体驱动电路，其特征在于，各个驱动通道在电路板上均匀设置。

6.如权利要求4所述的半导体驱动电路，其特征在于，所述半导体驱动电路还包括：耦合电容；

所述耦合电容的第一端与每个第一电感的第一端连接，所述耦合电容的第二端接地。

7.一种激光雷达发射系统，其特征在于，包括：

激光器以及如权利要求1至6任一项所述的半导体驱动电路；

所述激光器的正极端与所述第二NMOS管的源极一一对应连接，所述激光器的负极端接地。

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