CN219458755U - 无线供电接收模块、激光雷达旋转部和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种无线供电接收模块、激光雷达旋转部和激光雷达，其中，无线供电接收模块包括相连接的接收线圈、整流电路、滤波电路、直流转换电路和控制器，其中，整流电路包括二极管整流桥和开关管整流桥，初始上电时，二极管整流桥投入整流工作，并通过滤波电路和直流转换电路输出供电电源至负载和控制器，当达到控制器的工作电源时，控制器启动并输出PWM驱动信号至开关管整流桥，由于开关管整流桥的内阻小于二极管整流桥的内阻，开关管整流桥完成大部分的无线充电信号的整流工作，开关管整流桥的功耗更小，提高了无线供电的供电效率。

Description

无线供电接收模块、激光雷达旋转部和激光雷达

技术领域

本申请属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种无线供电接收模块、激光雷达旋转部和激光雷达。

背景技术

随着激光技术的发展，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和无人机、移动机器人等领域。

激光雷达通常包括用于向待测目标发射激光并接收目标反射的激光信号的旋转部，和用于对获取的目标反射的激光信号进行处理以及驱动旋转部旋转的固定部。

其中，线圈式无线供电为主流激光雷达最常采用方案，通过固定部的发射线圈激发无线供电信号，旋转部的接收线圈接收无线供电信号，无线供电信号经后端的二极管整流桥以及滤波电路转换后得到线性的直流电源，直流电源再经过对应直流转换电路转换成旋转部内部负载所需的工作电源。

但是，由于二极管存在导通管压降，对于激光雷达而言，旋转部负载发射激光、接收光信号以及计时，对电流消耗很大，二极管整流桥因管压降产生的电源功耗可能达到0.5W左右或以上，对于整体功耗而言是一个无用消耗，导致无线供电的效率降低。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种无线供电接收模块，旨在解决传统的激光雷达采用二极管整流桥整流时降低了无线供电效率的问题。

本申请实施例的第一方面提出了一种无线供电接收模块，包括相连接的接收线圈、整流电路、滤波电路、直流转换电路和控制器；

所述接收线圈配置为接收无线供电发射模块输出的无线供电信号；

所述整流电路包括并联连接于所述接收线圈和所述滤波电路之间的二极管整流桥和开关管整流桥，所述开关管整流桥的内阻小于所述二极管整流桥的内阻；

所述二极管整流桥，配置为对所述无线供电信号进行整流转换，并输出第一脉动直流信号；

所述开关管整流桥，受PWM驱动信号触发进行整流转换，并输出第二脉动直流信号；

所述滤波电路，配置为对所述第一脉动直流信号或者所述第二脉动直流信号进行滤波，并输出直流电源信号；

所述直流转换电路，配置为对所述直流电源信号进行电源转换，并输出对应供电电源至所述控制器及负载；

所述控制器，配置为在所述供电电源达到工作电源时触发输出所述PWM驱动信号。

可选地，所述二极管整流桥为由两个第一二极管构成的半桥整流桥，或者为由四个第一二极管构成的H型整流桥。

可选地，所述第一二极管为肖特基二极管。

可选地，所述开关管整流桥包括四个MOS管，四个所述MOS管构成H型整流桥，对角的两个所述MOS管的受控端共接并输入一所述PWM驱动信号。

可选地，所述滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容并联于所述整流电路的正电源输出端和负电源输出端。

可选地，所述直流转换电路包括至少一个稳压器；

所述至少一个稳压器，用于输出至少一路所述供电电源至所述控制器及所述负载。

可选地，所述无线供电接收模块还包括：

相位检测电路，所述相位检测电路分别与所述接收线圈和所述控制器连接，用于检测所述接收线圈的相位信息，并输出相位检测信号至所述控制器，以使所述控制器受所述相位检测信号触发输出对应占空比大小的PWM驱动信号至所述开关管整流桥。

本申请实施例的第二方面提出了一种激光雷达旋转部，包括如上所述的无线供电接收模块。

本申请实施例的第三方面提出了一种激光雷达，包括激光雷达固定部和如上所述的激光雷达旋转部，所述激光雷达旋转部通过旋转轴绕所述激光雷达固定部旋转，所述激光雷达固定部内设置有无线供电发射模块。

可选地，所述无线供电发射模块包括：

发射线圈；

无线供电驱动电路，所述无线供电驱动电路与所述发射线圈连接，所述无线供电驱动电路，配置为将输入的电源信号转换为无线供电信号并通过所述发射线圈发送至无线供电接收模块。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的无线供电接收模块通过设置相连接的接收线圈、整流电路、滤波电路、直流转换电路和控制器，其中，整流电路包括二极管整流桥和开关管整流桥，初始上电时，二极管整流桥投入整流工作，并通过滤波电路和直流转换电路输出供电电源至负载和控制器，当达到控制器的工作电源时，控制器启动并输出PWM驱动信号至开关管整流桥，由于开关管整流桥的内阻小于二极管整流桥的内阻，开关管整流桥完成大部分的无线充电信号的整流工作，开关管整流桥的功耗更小，提高了无线供电的供电效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的无线供电接收模块的第一种模块示意图；

图2为本申请实施例提供的无线供电接收模块的第一种电路示意图；

图3为本申请实施例提供的无线供电接收模块的第二种电路示意图；

图4为本申请实施例提供的无线供电接收模块的第二种模块示意图；

图5为本申请实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的激光雷达的模块示意图。

具体实施方式

为了使本申请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，对本申请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申请，并不配置为限定本申请。

此外，术语“第一”、“第二”仅配置为描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请实施例的第一方面提出了一种无线供电接收模块100，无线供电接收模块100设置于激光雷达旋转部1中，并与设置于激光雷达固定部2的激光发射模块相对设置，两者通过无线供电方式进行供电，从而传递电能至激光雷达旋转部1内的各负载，负载包括用于发射和接收激光脉冲的激光收发模块，还可包括对应的通讯模块等，以使激光雷达旋转部1内各负载得电工作，进行激光测距和数据传递等工作。

其中，如图1所示，图1为本申请实施例提供的无线供电接收模块100的第一种模块示意图，无线供电接收模块100包括相连接的接收线圈10、整流电路20、滤波电路30、直流转换电路40和控制器50；

接收线圈10配置为接收无线供电发射模块200输出的无线供电信号；

整流电路20包括并联连接于接收线圈10和滤波电路30之间的二极管整流桥21和开关管整流桥22，开关管整流桥22的内阻小于二极管整流桥21的内阻；

二极管整流桥21，配置为对无线供电信号进行整流转换，并输出第一脉动直流信号；

开关管整流桥22，受PWM驱动信号触发进行整流转换，并输出第二脉动直流信号；

滤波电路30，配置为对第一脉动直流信号或者第二脉动直流信号进行滤波，并输出直流电源信号；

直流转换电路40，配置为对直流电源信号进行电源转换，并输出对应供电电源至控制器50及负载；

控制器50，配置为在供电电源达到工作电源时触发输出PWM驱动信号。

本实施例中，接收线圈10与无线供电发射模块200内的发射线圈210相对设置，两者通过无线供电方式传输电能，具体为，发射线圈210激发交流变化的磁场，使得接收线圈10无线接收感应转换输出交流电压的无线供电信号，无线供电信号经过整流电路20、滤波电路30、直流转换电路40进行整流、滤波以及电压转换生成控制器50及各负载所需的工作电源。

其中，为了降低二极管整流桥21的功耗，提高无线供电的效率，整流电路20包括并联连接的二极管整流桥21和开关管整流桥22，激光雷达初始上电工作时，无线供电发射模块200激发发射线圈210发射无线供电信号，此时，控制器50未上电，无PWM驱动信号输出，开关管整流桥22保持断开状态，二极管整流桥21投入整流工作，并将无线充电信号转换为第一脉动直流信号，第一脉动直流信号经后端的滤波电路30、直流转换电路40转换为对应的供电电源输出至各负载和控制器50，当输出的供电电源逐步上升至控制器50的工作电源时，控制器50启动，并触发输出PWM驱动信号至开关管整流桥22，开关管整流桥22的对角的上桥臂和下桥臂同时导通，由于开关管整流桥22的内阻小于二极管整流桥21的内阻，此时，二极管整流桥21的输出电流的大部分由开关管整流桥22取代输出，开关管整流桥22的输出电流增加，二极管整流桥21的输出电流减小，使得原先二极管整流桥21的功耗降低，而开关管整流桥22的功耗增加很少，从而实现整体降低激光雷达的无线供电功耗的目的，提高了无线供电的效率。

其中，二极管整流桥21可采用一个或者多个开关桥臂并联设置形成，可选地，如图2所示，可选地，二极管整流桥21为由两个第一二极管D11和D12构成的半桥整流桥，第一二极管D11的阳极与接收线圈10的第一端连接，第二二极管D12的阳极与接收线圈10的第二端，第一二极管D11的阴极和第二二极管D12的阴极共接构成二极管整流桥21的正电源输出端，接收线圈10的中心抽头构成二极管整流桥21的负电源输出端。

无线供电信号的上半周正弦波输出时，通过第一二极管D11输出半波的第一脉动直流信号，以及无线供电信号的下半周正弦波输出时，通过D12输出半波的第一脉动直流信号，第一脉动直流信号经过滤波电路30、直流转换电路40进行滤波、转换并输出供电电源至负载和控制器50。

或者二极管整流桥21为由四个第一二极管D11至D14构成的H型整流桥，D11的阳极和D13的阴极共接并与接收线圈10的第一端连接，D12的阳极和D14的阴极共接并与接收线圈10的第二端连接，D11的阴极和D12的阴极共接构成二极管整流桥21的正电源输出端，D13的阳极和D14的阳极共接构成二极管整流桥21的负电源输出端，无线供电信号的上半周正弦波输出时，通过对角的D11和D14输出半波的第一脉动直流信号，以及无线供电信号的下半周正弦波输出时，通过对角的D13和D12输出半波的第一脉动直流信号，第一脉动直流信号经过滤波电路30、直流转换电路40进行滤波、转换并输出供电电源至负载和控制器50。

其中，为了进一步提高供电效率，降低二极管的管压降的电源功耗，可选地，第一二极管为肖特基二极管。

开关管整流桥22同样可采用一个或者多个开关桥臂并联设置形成，为了兼顾供电效率和成本，可选地，如图2所示，开关管整流桥22包括四个MOS管Q1至Q4，四个MOS管构成H型整流桥，对角的两个MOS管的受控端共接并输入一PWM驱动信号，四个MOS管构成H型整流桥，Q1的第一端和Q3的第一端共接并与接收线圈10的第一端连接，Q2的第一端和Q4的第一端共接并与接收线圈10的第二端连接，Q1的第二端和Q2的第二端共接构成开关管整流桥22的正电源输出端，Q3的第二端和Q4的第二端共接构成开关管整流桥22的负电源输出端，无线供电信号的上半周正弦波输出时，通过对角的Q1和Q4输出半波的第二脉动直流信号，以及无线供电信号的下半周正弦波输出时，通过对角的Q3和Q2输出半波的第二脉动直流信号，第二脉动直流信号经过滤波电路30、直流转换电路40进行滤波、转换并输出供电电源至负载和控制器50。

其中，MOS管的内阻比肖特基二极管的内阻小，因此，当控制器50启动后，MOS管组成的开关管整流桥22分担大部分的整流工作，开关管的输出电流增大，二极管整流桥21的输出电流减小，使得原先的二极管整流桥21的功耗降低，开关管的功耗无太大增加，从而实现降低激光雷达整体的无线供电功耗，提高无线供电的效率。

滤波电路30可采用滤波电容单元，滤波电容单元包括至少一个滤波电容C1，如图2所示，可选地，滤波电路30包括一个滤波电容C1，滤波电容并联在整流电路20的正电源输出端和负电源输出端之间，并对整流电路20输出的脉动直流信号进行滤波，生成线性直流信号，线性直流信号再经过直流转换电路40进行直流转换，直流转换可包括升压、降压、稳压等处理，具体不做限制。

可选地，直流转换电路40包括至少一个稳压器；

至少一个稳压器，用于输出至少一路供电电源至控制器50及负载，本实施例中，稳压器的个数选择一个时，线性直流信号经过稳压器稳压输出工作电源至负载和控制器50，负载和控制器50工作于同一电压等级的工作电源。

同时，当设置多个时，稳压器可并联连接或者串联连接于滤波电路30的输出端，当各稳压器为并联时，各稳压器输出多个不同电压等级的工作电源至不同的负载和控制器50，当各稳压器为串联时，串联的稳压器可选择输出一个或者多个电压等级的工作电源至对应负载和控制器50，具体个数和连接方式不限。

控制器50作为信号源，可选择对应的信号发生器、MCU、单片机、FPGA或集成控制芯片，具体类型不限。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的无线供电接收模块100通过设置相连接的接收线圈10、整流电路20、滤波电路30、直流转换电路40和控制器50，其中，整流电路20包括二极管整流桥21和开关管整流桥22，初始上电时，二极管整流桥21投入整流工作，并通过滤波电路30和直流转换电路40输出供电电源至负载和控制器50，当达到控制器50的工作电源时，控制器50启动并输出PWM驱动信号至开关管整流桥22，由于开关管整流桥22的内阻小于二极管整流桥21的内阻，开关管整流桥22完成大部分的无线充电信号的整流工作，开关管整流桥22的功耗更小，提高了无线供电的供电效率。

其中，如图3所示，为了提高开关管整流桥22的整流效率，可选地，无线供电接收模块100还包括：

相位检测电路60，相位检测电路60分别与接收线圈10和控制器50连接，用于检测接收线圈10的相位信息，并输出相位检测信号至控制器50，以使控制器50受相位检测信号触发输出对应占空比大小的PWM驱动信号至开关管整流桥22。

本实施例中，控制器50通过相位检测电路60监测接收线圈10的交流电压相位，可实现精准控制四个开关管的通断时刻和频率，提高整流效率。

其中，相位检测电路60可采用对应采样电路、二极管、比较器、光耦等对应结构，具体结构不限。

如图4所示，本申请还提出一种激光雷达旋转部1，该激光雷达旋转部1包括无线供电接收模块100，该无线供电接收模块100的具体结构参照上述实施例，由于本激光雷达旋转部1采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，无线供电接收模块100设置于激光雷达旋转部1中，并与设置于激光雷达固定部2的激光发射模块相对设置，两者通过无线供电方式进行供电，从而传递电能至激光雷达旋转部1内的各负载，负载包括用于发射和接收激光脉冲的激光收发模块，还可包括对应的通讯模块等，以使激光雷达旋转部1内各负载得电工作，进行激光测距和数据传递等工作。

请继续参阅图4，本申请还提出一种激光雷达，该激光雷达包括激光雷达固定部2和激光雷达旋转部1，该激光雷达旋转部1的具体结构参照上述实施例，由于本激光雷达采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，激光雷达旋转部1通过旋转轴3绕激光雷达固定部2旋转，激光雷达固定部2内设置有无线供电发射模块200。

无线供电接收模块100设置于激光雷达旋转部1中，无线供电发射模块200设置于激光雷达固定部2，激光雷达旋转部1通过旋转轴3绕激光雷达固定部2旋转，无线供电接收模块100与激光发射模块相对设置，两者通过无线供电方式进行供电，从而传递电能至激光雷达旋转部1内的各负载，激光雷达固定部2还包括对应通讯模块并与激光雷达旋转部1之间进行上行通讯或者下行通讯，传递对应的控制信号或者测距数据等。

其中，无线供电发射模块200可选择对应发射线圈210和驱动电路，如图5所示，可选地，无线供电发射模块200包括：

发射线圈210；

无线供电驱动电路220，无线供电驱动电路220与发射线圈210连接，无线供电驱动电路220，配置为将输入的电源信号转换为无线供电信号并通过发射线圈210发送至无线供电接收模块100。

本实施例中，发射线圈210与接收线圈10相对设置，无线供电驱动电路220根据控制指令或者操作将输入的直流电源转换为高频交流信号，并通过发射线圈210谐振输出为无线供电信号，无线供电信号发送至无线供电接收模块100的接收线圈10，由无线供电接收模块100的整流电路20、滤波电路30和直流转换电路40转换为对应的供电电源，完成无线供电工作。

其中，无线供电驱动电路220可包括电源模块、高频开关电路、谐振电路等，高频开关电路将电源模块输出的电源信号转换为高频交流信号，并通过谐振电路和发射线圈210谐振输出为无线供电信号，无线供电驱动电路220的具体结构不限。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线供电接收模块，其特征在于，包括相连接的接收线圈、整流电路、滤波电路、直流转换电路和控制器；

所述接收线圈配置为接收无线供电发射模块输出的无线供电信号；

所述整流电路包括并联连接于所述接收线圈和所述滤波电路之间的二极管整流桥和开关管整流桥，所述开关管整流桥的内阻小于所述二极管整流桥的内阻；

所述二极管整流桥，配置为对所述无线供电信号进行整流转换，并输出第一脉动直流信号；

所述开关管整流桥，受PWM驱动信号触发进行整流转换，并输出第二脉动直流信号；

所述滤波电路，配置为对所述第一脉动直流信号或者所述第二脉动直流信号进行滤波，并输出直流电源信号；

所述直流转换电路，配置为对所述直流电源信号进行电源转换，并输出对应供电电源至所述控制器及负载；

所述控制器，配置为在所述供电电源达到工作电源时触发输出所述PWM驱动信号。

2.如权利要求1所述的无线供电接收模块，其特征在于，所述二极管整流桥为由两个第一二极管构成的半桥整流桥，或者为由四个第一二极管构成的H型整流桥。

3.如权利要求2所述的无线供电接收模块，其特征在于，所述第一二极管为肖特基二极管。

4.如权利要求1所述的无线供电接收模块，其特征在于，所述开关管整流桥包括四个MOS管，四个所述MOS管构成H型整流桥，对角的两个所述MOS管的受控端共接并输入一所述PWM驱动信号。

5.如权利要求1所述的无线供电接收模块，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容并联于所述整流电路的正电源输出端和负电源输出端。

6.如权利要求1所述的无线供电接收模块，其特征在于，所述直流转换电路包括至少一个稳压器；

所述至少一个稳压器，用于输出至少一路所述供电电源至所述控制器及所述负载。

7.如权利要求1所述的无线供电接收模块，其特征在于，所述无线供电接收模块还包括：

相位检测电路，所述相位检测电路分别与所述接收线圈和所述控制器连接，用于检测所述接收线圈的相位信息，并输出相位检测信号至所述控制器，以使所述控制器受所述相位检测信号触发输出对应占空比大小的PWM驱动信号至所述开关管整流桥。

8.一种激光雷达旋转部，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的无线供电接收模块。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括激光雷达固定部和如权利要求8所述的激光雷达旋转部，所述激光雷达旋转部通过旋转轴绕所述激光雷达固定部旋转，所述激光雷达固定部内设置有无线供电发射模块。

10.如权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述无线供电发射模块包括：

发射线圈；

无线供电驱动电路，所述无线供电驱动电路与所述发射线圈连接，所述无线供电驱动电路，配置为将输入的电源信号转换为无线供电信号并通过所述发射线圈发送至无线供电接收模块。