电源单元、包括其的发射装置及控制方法与流程

1.本发明大致涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光器的电源单元，包括其的发射装置以及使用其控制激光器发光的方法。


背景技术：

2.在激光雷达发射系统中，通常采用共阳极的方式驱动激光器。例如如图1a所示，现有技术中的激光雷达的发射系统中，多个激光器las1
…
lasn共用一路供电电源hv，hv持续供应，每一个激光器的阴极各自连接一个开关器件(图中的j1
…
jn)，由这一路开关器件的选通决策这一路激光器的发光。理想状态下，每个激光器配备一个放电电容(如图中所示的c1
…
cn)，受制于现有技术下的开关器件以及电容的尺寸，多个激光器无法排列地更加密集，使得雷达的垂直分辨率受限。
3.图1b示出了单个激光器las1的供电电源及其驱动电路，采用的开关器件为gan，其具体的工作过程为：当高边开关闭合(导通)时，供电电源hv向电容c充电，经过一段时间后，高边开关断开(无法通电，电容c的充电回路断开)，gan开关的驱动信号足以打开gan开关管之后，电容c与激光器las1、gan开关及地之间形成放电回路，使激光器las1发光。
4.图2a示出了多个激光器、gan开关器件及电容在pcb板上的相对排布关系，参考图2a所示，由于gan开关和电容尺寸的限制(gan开关和电容都相对比较大，举个例子：在实际封装过程中，对放电电容：选取需要考虑到电容容值、电容耐压等参数，可以选到的电容为0402(eia标称),尺寸为1000um*500um，又考虑到smt(表面贴装技术)过程，封装大小一般建议为1400um*900um；对gan开关器件：选择时考虑耐压和同流能力，现有工艺可以做到的最小尺寸约为680um*680um，考虑到smt过程，封装一般建议为800um*800um。)，只能将电容与gan开关分立排布于激光器的两侧，且因要满足一个gan开关驱动一个激光器(即激光器数量与gan开关器件数量的比值为1：1)的要求，gan开关本身也要排成两列、交错放置。
5.图2a的排布方式简化后如图2b所示，参考图2a及图2b可以看出，相对于激光器las1与自己对应驱动的gan开关之间的距离，激光器las2与自己对应的gan开关之间的距离更大。交错放置gan开关导致两两激光器(如las1及las2)之间的放电环路长度不同，从而可能造成了两两激光器发光功率的差异。且gan开关无法与激光器很好的贴合，也对激光器的响应速度造成了一定影响。
6.用于无人驾驶车辆、物流小车、扫地机器人的激光雷达通常都是多线雷达，这意味着发射系统具备多个激光器，如果按照如图2a、图2b所示的相对关系去排布，则每个激光器与自己对应的gan开关的距离相对不一致，导致各个通道或者线束的探测精度等参数不同，不利于探测的一致性，进而影响激光雷达整体的性能表现。
7.此外，如图1a中所示，供电电源hv以固定值提供至线路中(例如hv＝20v)，无法快速地被调节。这是由于供电电源调节速度过快之后，线路上各种电容、电感效应积累，无法按照预期进行改变。另外，由于现在的高压供应通常采用dc-dc电源或者ldo(low dropout regulator)的方式，切换速度较慢，因此也导致了激光器的光强无法快速调节。但是，激光
雷达面对的外界环境变化多端，采用同一种固定的光强进行探测的话，由于外界目标物的反射率差异，容易导致探测器饱和或探测不到信号，无法满足各种场景的需求。并且，雷达的各个线束探测指标，如探测距离等可能亦不同，也有调整的需求。
8.背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术中总线电压调节速度慢，无法按照预期进行改变，也即无法实现高速变化，因此也导致了激光器的光强无法快速调节的问题，本发明还提供一种激光器的电源单元，包括：
10.初级电压源，配置成可输出初级电压；
11.高压产生单元，与所述初级电压源耦接，配置成输入初级电压，产生高于所述初级电压的输出电压，并通过输出端输出所述输出电压；
12.电容单元，耦接到所述高压产生单元的输出端；
13.其中，所述高压产生单元及电容单元配置成可通过充放电配合调节所述输出电压。
14.根据本发明的一个方面，其中所述高压产生单元包括：
15.第一电感，第一端与所述初级电压源耦接，配置成可从所述初级电压源输入电能；
16.第一开关管，第一端与所述第一电感的第二端耦接，第二端接地，配置成导通时使所述初级电压源、所述第一电感形成充电回路，向所述第一电感充电；
17.第二开关管，第一端与所述第一电感的第二端耦接，第二端与所述电容单元耦接，用作所述高压产生单元的输出端。
18.根据本发明的一个方面，所述电源单元还包括复位开关管，所述复位开关管跨接在所述初级电压源和所述电容单元之间，配置成可将输出电压拉回至所述初级电压。
19.根据本发明的一个方面，其中所述第一开关管、所述第二开关管、所述复位开关管包括gan开关、cmos开关管中的一种或多种。
20.本发明还提供一种激光雷达的发射装置，包括：
21.多个如上所述的电源单元，配置成可将初级电压转换为高电压输出；
22.激光器单元，包括多个激光器，其中每个激光器的一端连接至其中一个电源单元的输出端，使得至少两个激光器连接在不同的电源单元的输出端上；
23.至少一个开关器件，非共用高电压的部分激光器的阴极连接到其中一个开关器件，所述开关器件配置成可选通其中一路高电压、与其连接的激光器及地构成的电流回路的通断。
24.本发明还提供一种控制如上所述的电源单元的控制单元，其中所述高压产生单元包括第一开关管、第二开关管和复位开关管，所述控制单元包括：
25.根据激光器的发光时序生成电压控制信号，分别向所述第一开关管、所述第二开关管、所述复位开关管的控制极输出所述电压控制信号，以控制所述高压产生单元输出高于所述初级电压的输出电压，并控制所述电容单元和所述高压产生单元通过充放电配合调节所述输出电压。
26.本发明还提供一种使用如上所述的电源单元控制激光器发光的方法，包括：
27.通过所述初级电压源输出初级电压；
28.通过所述高压产生单元产生高于所述初级电压的输出电压；
29.通过所述电容单元和所述高压产生单元充电、放电，配合调节所述输出电压。
30.根据本发明的一个方面，其中所述高压产生单元包括：第一电感，第一端与所述初级电压源耦接，第一开关管，第一端与所述第一电感的第二端耦接，第二端接地，第二开关管，第一端与所述第一电感的第二端耦接，第二端与所述电容单元耦接，所述方法还包括：
31.通过所述第一电感从所述初级电压源输入电能；
32.通过所述第一开关管闭合、所述第二开关管断开，使所述初级电压源、所述第一电感形成充电回路，由所述初级电压源向所述第一电感充电；
33.通过所述第一开关管断开、所述第二开关管闭合，使所述初级电压源、所述第一电感形成放电回路，通过初级电压源和第一电感向所述电容单元充电，使得所述输出电压高于所述初级电压。
34.根据本发明的一个方面，所述方法还包括：
35.通过所述第一开关管断开、所述第二开关管闭合，使所述电容单元放电，所述第一电感从所述电容单元输入电能，使所述输出电压下降。
36.根据本发明的一个方面，其中所述电源单元还包括复位开关管，所述复位开关管跨接在所述初级电压源和所述电容单元之间，所述方法还包括：
37.通过所述复位开关管将输出电压拉回至所述初级电压。
38.本发明的优选实施例提供了一种包含lc谐振电路的供电单元，由于lc谐振电路的特性，使得该供电单元给挂载的电容充电、放电的速度大大提高，和现有技术所使用的反馈电路的方案相比，提升了千倍的速度，进而可以相对速度更快地调节激光雷达的多个激光器的光强，以匹配于外界障碍物的情况或者使用场景，从而提升点云探测的精确性。
附图说明
39.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
40.图1a示意性地示出了单总线电源系统下激光雷达的发射装置；
41.图1b示意性地示出了一个gan开关器件驱动一个激光器的电路结构；
42.图2a示意性地示出了单总线电源系统下各部件在pcb板上的排布；
43.图2b示意性地示出了单总线电源系统下各部件在pcb板上的排布；
44.图3示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的发射装置；
45.图4a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的发射装置；
46.图4b示意性地示出了根据本发明的一个实施例的3总线的发射装置的具体实现结构；
47.图4c示出了图4b所示的优选实施例的输出电压波形；
48.图4d示意性地示出了根据本发明的一个实施例的2总线的发射装置的具体实现结构；
49.图4e示出了图4d所示的优选实施例的输出电压波形；
50.图5示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的两总线电源系统下各部件在pcb板上的排布；
51.图6示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的两总线电源系统下各部件在pcb板上的走线方式；
52.图7示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的四总线电源系统下各部件在pcb板上的排布；
53.图8示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光器的供电单元；
54.图9a示意性地示出了一个供电单元的具体实现结构；
55.图9b示意性地示出了图9a中的供电单元工作的仿真曲线；
56.图9c示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的供电单元的具体实现结构；
57.图10a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的高压产生单元的第一充电过程；
58.图10b示出了根据本发明的一个优选实施例供电单元的第一电感、输出电压的变化曲线；
59.图11a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的高压产生单元的第二充电过程；
60.图11b示出了根据本发明的一个优选实施例供电单元的第一电感、输出电压的变化曲线；
61.图12a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的高压产生单元的第一放电过程；
62.图12b示出了根据本发明的一个优选实施例供电单元的第一电感、输出电压的变化曲线；
63.图13a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的高压产生单元的第二放电过程；
64.图13b示出了根据本发明的一个优选实施例供电单元的第一电感、输出电压的变化曲线；
65.图14a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的高压产生单元的复位过程；
66.图14b示出了根据本发明的一个优选实施例供电单元的第一电感、输出电压的变化曲线；
67.图15示出了根据本发明的一个优选实施例使用供电单元控制激光器发光的方法；
68.图16示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
69.图17示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达的应用场景。
具体实施方式
70.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
71.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽
度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，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所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
72.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
74.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
75.以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
76.第一方面
77.合理推测，由于激光雷达产品的升级，从装配的难易程度、成本、小型化等各方面考量，雷达趋向于芯片化设计。未来的激光雷达采用的激光器可以封装为一个芯片，用于驱动激光器的驱动电路也可以封装为芯片，又由于当前工艺的限制，激光器大多是共阴极，则激光器的芯片中封装的多个激光器的阴极共同制成在一起，且之后接地(gnd)，则每个激光器的阴极与gnd之间,无法设置其他的器件。而如果驱动电路设置在激光器的阴极与gnd之间，又由于多个激光器的阴极相连，多个激光器需要共用一个开关器件以输入驱动，如要实现这多个激光器彼此相对单独地选通(比如可以单独选通激光器1，使得激光器1发光，此时激光器2不发光；也可以单独选通激光器2，使得激光器2发光，此时激光器1不发光；而非必须同时选通激光器1及激光器2)，一种方案是可以通过将开关器件设置于激光器的阳极来驱动，但这种方案需要采用高边开关，要实现这个调控，方案比较复杂。基于要实现多个激光器可独立地被选通的目的，以及节约gan的动机，本技术提出将多个激光器分别被提供供电电源，而不再共用电源的技术方案，以下将结合附图3-附图17对本技术的方案进行详细
的说明和介绍。
78.根据本发明的一个优选实施例，如图3所示，本发明提供一种可用于激光雷达的发射装置10，包括多个供电单元11，比如如图中所示的供电单元11-1、供电单元11-2
…
供电单元11-n，激光器单元12和至少一个开关器件13。
79.多个供电单元11配置成可将初级电压转换为高电压输出(如图中所示的hv1、hv2
…
hvn，以下用高电压hvx指代高压hv1、hv2
…
hvn中任意一个，高电压hvx为高于初级电压的电压)，且至少两个供电单元11不同时地输出高电压，比如供电单元11-1可以于t1时刻输出高电压hv1，供电单元11-2可以于t2时刻输出高电压hv2，t1≠t2。
80.激光器单元12包括多个激光器121，比如图中所示的激光器121-1、激光器121-2
…
激光器121-n。并且，激光器单元12可以为一维的激光器，也可以为二维的激光器阵列，相应地，图3中示出的激光器121-x(包括激光器121-1、激光器121-2
…
激光器121-n)可以是1个激光器，也可以为1列激光器，还可以为1行激光器。在连接关系上，每个激光器121-x的阳极均连接到供电单元11的输出端，其中至少两个激光器121-x可以连接于不同的供电单元11，比如激光器121-1的阳极连接于供电单元11-1的输出端，激光器121-2的阳极连接于供电单元11-2的输出端。至少一个开关器件13，非共用高电压的部分激光器(比如图中所示的激光器121-1、激光器121-2
…
激光器121-n)的阴极连接到同一个开关器件13，开关器件13配置成可选通对应输出的一路高电压hvx、与其连接的激光器及地(gnd)构成的放电回路的通断，比如供电单元11-1于t1时刻输出高电压hv1时，若开关器件13在t1时刻也导通，则可以选通高电压hv1、与其连接的激光器121-1及地构成的放电回路。
81.通过采用本发明所提供的方案，纵然多个激光器共用同一个开关器件13，但是通过至少两个供电单元11(包括供电单元11-1、供电单元11-2
…
供电单元11-n)不同时地输出高电压,仍然可以来单独一一地选通激光器单元12中的部分激光器121-x(激光器单元12包括激光器121-1、激光器121-2
…
激光器121-n)，并且，本领域技术人员容易理解，目前图3中示出的激光器单元12中的激光器121均是1个激光器。在另一实施例中，该激光器121也可以为一列多个激光器，或者是一行多个激光器，从而可以克服1个激光器光强不够的缺陷，进一步提升激光雷达的测远能力。另外，通过不同的供电单元11输出不同的高电压(例如hv1＝20v、hv2＝40v)，来控制激光器单元12中的部分激光器121以不同的发光强度进行探测，也在本发明的保护范围之内。
82.为便于理解，本发明中，将构成供电单元的各个部件以及连接相对应的各部件的线路统称为电压总线，多个电压总线(bus)将供电单元11的各个功能部件连接在一起，形成hvbus。具体而言，1个vbase 1个升压电路合一起是构成一个供电单元11，这个供电电源11的输出对于激光雷达而言，就是供应高压hv1，从而构成了1条电压总线hvbus；1个vbase和另1个升压电路合一起是构成另一个供电单元11，这个供电电源11的输出对于雷达而言，就是供应高压hv2，从而构成了另外1条电压总线hvbus。图4a示出了本发明提供的一个两总线电源系统的实施例，两个总线共用一个初级电压源112，具体地，发射装置10包括与多个供电单元11相对应的多条电压总线14，电压总线14的输入端输入初级电压(图中所示vbase)，输出端输出高于初级电压的电压(图中的hv1、hv2),每个激光器121-x通过其中一条电压总线14连接到相对应的供电单元11的输出端上。
83.本领域技术人员容易理解，虽然图4a示出了一种两总线的情况，发射装置10包括
多条电压总线14，分别输出高于初级电压(vbase)的电压hv1、hv2
…
hvn，即hvx＞vbase，而且多条电压总线14也可以不共用初级电压源112，也在本发明的保护范围之内。
84.根据本发明的一个优选实施例，如图4a所示，发射装置10的供电单元11包括电容单元111，连接在电压总线14上，配置成通过电压总线14充电，并在开关器件13导通时，向连接在该电压总线14上并由该开关器件13选通的一个或多个激光器121-x放电，以驱动该一个或多个激光器121-x发光。
85.根据本发明的一个优选实施例，如图4a所示，供电单元11还包括初级电压源112和高压产生单元113。初级电压源112配置成可输出初级电压(vbase)。高压产生单元113与初级电压源112连接，初级电压源112适于将初级电压(vbase)输入到高压产生单元113，高压产生单元113配置成可产生高于初级电压(vbase)的电压hvx。
86.为便于本领域技术人员更好地理解和实现本发明，9c示出了一种电压总线的电路，图4b示出了一种3路电压总线的激光器电路，图4d示出了一种2路电压总线的激光器电路。参考图4b所示，电感lx(包括电感l1、电感l2及电感l3)、gatex信号(包括gate1、gate2及gate3)、开关管mx(包括开关管m1、开关管m2及开关管m3)及二极管dx(包括d1、d2及d3)构成储能电路，高边管px(包括高边管p1、高边管p2及高边管p3)以及高边管驱动器(包括驱动器1、驱动器2及驱动器3)构成选通电路，ld1-ldx(包括ld1、ld2及ld3)以及trigger信号构成了激光器电路。另外，二极管d11、d21及d31用于保护各自并联的开关管，如二极管d11保护m1。其中，储能电路1包括电感l1、gate1、开关管m1及二极管d1，选通电路1包括高边管p1及驱动器1，其他储能电路x与选通电路x的具体构成可以类推，此处不再一一赘述。
87.激光器发光的大概工作过程是：储能电路用于接收输入初级电压vbase并储存电能，进而选通电路导通，储能电感可以对升压电容c进行充电，在升压电容c上建立高电压。通常输入电压通常不会很高，例如为5v或者12v，无法直接用于驱动激光器，需要进行升压。升压电容c上建立的高压可以显著高于输入电压vbase，例如为60v，从而可用于驱动激光器ld。该高电压建立完成后，升压电容c可以驱动所述激光器ldx，使其发出激光束。3路hv总线共用1个初级电压源vbase，3个激光器ld共用1个驱动器件s3,这3路hv总线hv1、hv2及hv3并不于同一时间点输出，某一个时刻，hv1、hv2及hv3只有其一输出，从而选通输出的那一路的电容c、hv、s3及地的放电回路(可以理解的是，对某一个通电回路，具体是充电回路还是放电回路，是相对的概念，对于激光器而言是充电回路，对于电容c而言，是放电回路)，驱动该路与该路hv连接的激光器ld发光。上述激光器ld可以是各种类型的激光器，例如垂直腔面发射激光器vcsel，或者边发射型激光器eel，本发明的保护范围不受激光器的类型的限制。
88.以下参考图4b，具体地，拿储能电路1、选通电路1及ld1举例子，来说明具体储能电路、选通电路以及激光器电路彼此之间具体怎么配合工作。储能电路1包括电感l1、分别与电感l1连接的二极管d1以及开关m1。电感l1的一端连接输入电压vin(一般很小，比如5v)，另一端连接二极管d1和开关m1。
89.如果某一时刻选择输出hv1，则在储能阶段，通过gate1控制开关m1闭合，闭合的开关m1在电路上可等效于短路，因此输入电压vin产生的电流流过电感l1，并通过开关m1接地。随着电感电流的增加，电感l1中存储了电能。
90.当储能阶段完成后，开关m1断开，选通电路1中通过高边驱动器选通p1，此时由于电感l1的电流保持特性，流经电感l1的电流不会马上变为零，而是缓慢地由充电完成时的
电流值变为零，在这个过程中，由于开关m1已经断开，且p1导通，因此电感l对升压电容c1进行充电，因而升压电容c1两端的电压升高。
91.当升压电容c1上已经建立起高压(例如60v)之后，若选择激光器电路中的驱动开关s3导通(可通过trigger3信号来选通或者关断)，由于二极管d1的单向导通性，电容c1无法通过二极管d1放电，只能通过激光器ld1和开关s3的回路来进行放电，因此电流流过激光器ld1，电容c1驱动激光器ld1发光。
92.下一时刻如若驱动激光器ld2发光，则储能电路2、选通电路2及ld2可以重复储能电路1、选通电路1及ld1的工作过程；再下一时刻如若驱动激光器ld3发光，则储能电路3、选通电路3及ld3可以重复储能电路1、选通电路1及ld1的工作过程，在此不再赘述。
93.图4c提供了图4b示出的激光器电路工作的仿真图，横轴为时间t，纵轴为电压v，曲线401表征hv1的变化，曲线402表征hv2的变化，曲线403表征hv3的变化，从图中可见，hv1于0.5μs-3.5μs这段时间段有输出,hv2于5.5μs-8.5μs这段时间段有输出,hv3于10.5μs-13.5μs这段时间段有输出,hv1、hv2及hv3三者的输出时间并不重合，可分别选通连接在输出hv1、hv2及hv3的电压总线上的一个或多个激光器发光。
94.为便于本领域技术人员理解本发明，图4d示出了1种2总线的激光器电路方案，接下来参考图4d及图9c对本技术另外一个实施例加以介绍，如图所示，高压产生单元113包括第一电感1131、第一开关管1132和第二开关管1133。第一电感1131的第一端与初级电压源112连接，配置成可从初级电压源112输入电能。第一开关管1132的第一端与第一电感1131的第二端连接，第二端接地，配置成导通时使初级电压源112、第一电感1131形成充电回路，向第一电感1131充电。第二开关管1133的第一端与第一电感1131的第二端连接，第二端与电容单元111连接，配置成导通时使初级电压源112、第一电感1131形成放电回路，向电容单元111充电。另外，二极管d1均用于保护各自并联的开关管，如二极管d1保护开关管1132。二极管d2用于加速导通及供电，如二极管d2加速hv2的供应。相对于图4b中的方案，本实施例中可以选用的为激光器充电的电容c的电容值相对更大一些。
95.根据本发明的一个优选实施例，如图4d所示，两路电压总线输出的高电压分别为hv1及hv2，每路总线上面分别挂载一定数量的激光器121(具体地，如图4d所示，输出电压为hv1的电压总线上挂有121-1、121-3和121-5，输出电压为hv2的电压总线上挂有121-2、121-4和121-6)，相邻两路激光器共用一个gan开关作为驱动(具体地，如图4d所示，激光器121-1、121-2共用gan开关13-1,激光器121-3、121-4共用gan开关13-2,激光器121-5、121-6共用gan开关13-3)，图中所示的驱动信号drv1用以驱动gan开关13-1,决策gan开关13-1的通断及通断时长；类似地，图中所示的驱动信号drv2用以驱动gan开关13-2，决策gan开关13-2的通断及通断时长；drv3用以驱动gan开关13-3,决策gan开关13-2的通断及通断时长。
96.如图4d及图9c所示，供电单元11的高压产生单元113具有三个控制信号，分别为图中所示的低边驱动drvl_hv1(驱动第一开关管1132)、高边驱动drvh_hv1(驱动第二开关管1133)、复位驱动drvrst_hv1(驱动复位开关管1134)。低边驱动drvl_hv1、高边驱动drvh_hv1和复位驱动drvrst_hv1的控制信号输入端共同组成供电单元11的电压控制端，根据本发明的一个优选实施例，该电压控制端可接受外部的电压控制信号以控制供电单元11输出电压。
97.根据本发明的一个优选实施例，如图4a所示，其中每个开关器件13包括控制端(图
中所示的drv1、drv2、drv3驱动信号的输入端)、第一端和第二端，控制端配置成可接收驱动信号以控制第一端和第二端之间的通断，第一端连接到该开关器件选通的一个或多个激光器121的阴极，第二端接地，该电压控制信号和该驱动信号相配合以控制激光器121发光。优选地，开关器件13包括gan开关、cmos开关管中的一种或多种。
98.图4e提供了图4d示出的激光器电路的工作仿真图，横轴为时间t，纵轴为电压v，相对较细的曲线404表征hv1的变化，相对较粗的曲线405表征hv2的变化，从图中可见，hv1于0.5μs-3.5μs这段时间段有输出,hv2于5.5μs-8.5μs这段时间段有输出,hv1与hv2二者的输出时间并不重合，可分别选通连接在输出hv1、hv2的电压总线上的一个或多个激光器发光。
99.根据本发明的一个优选实施例，本发明还提供一种控制如上所述(如图4a中所示的)的发射装置10发光的方法，可以包括：
100.在步骤s201中，控制一个供电单元11输出高电压；
101.在步骤s202中，通过开关器件13，控制其中部分激光器121的电流回路导通，从而与该供电单元11连接的激光器121在高电压的作用下发光。
102.根据本发明的一个优选实施例，其中发射装置10还包括与多个供电单元11相对应的多条电压总线14，每条电压总线14连接相对应的供电单元11上的各部件，该电压总线14的输入端输入初级电压，输出端输出高于初级电压的电压，每个激光器121通过其中一条电压总线14连接到相对应的供电单元11的输出端上，供电单元11包括电容单元111，连接在电压总线14上，该控制方法还包括：
103.通过电压总线14向电容单元111充电，通过电容单元111向连接在同一条电压总线14上相对应的激光器121放电，以驱动相对应的激光器121发光。
104.根据本发明的一个优选实施例，其中供电单元11还包括初级电压源112、高压产生单元113，该控制方法还包括：
105.通过初级电压源112输出初级电压；
106.通过高压产生单元113产生高于初级电压的电压，并将该电压通过电压总线14输出。
107.根据本发明的一个优选实施例，其中高压产生单元113包括：第一电感1131，第一端与初级电压源112连接，第一开关管1132，第一端与第一电感1131的第二端连接，第二端接地，第二开关管1133，第一端与第一电感1131的第二端连接，第二端与电容单元111连接，该控制方法还包括：
108.通过第一电感1131从初级电压源112输入电能；
109.通过将第一开关管1132导通，使初级电压源112、第一电感1131形成充电回路，向第一电感1131充电；
110.通过将第二开光管1133导通，使初级电压源112、第一电感1131形成放电回路，向电容单元111充电。
111.根据本发明的一个优选实施例，其中供电单元11还包括电压控制端，该控制方法还包括：
112.通过电压控制端接收电压控制信号以控制供电单元11输出电压。
113.根据本发明的一个优选实施例，其中每个开关器件13包括控制端、第一端和第二端，该控制端配置成可接收驱动信号以控制该第一端和第二端之间的通断，该第一端连接
到其所选通的激光器的阴极，该第二端接地，该控制方法还包括：
114.通过该电压控制信号和该驱动信号相配合以控制与其相对应的一个或多个激光器发光。
115.本发明提供一种将如上所述的发射装置10排布在pcb上的方法：如图5所示，多个激光器121单列设置，相邻的激光器对应的gan开关器件可以分别列于两侧，如图所示：激光器121-1和121-2对应于gan开关13-1，激光器121-3和121-4对应于gan开关13-2。激光器121-0和121-1通过电容111-3供应高压hv3，激光器121-2和121-3通过电容111-1供应高压hv1，激光器121-4通过电容111-2供应高压hv2，其中高压hv1、hv2及hv3可以非同时地，也即于不同的时间加以供应，从而可以对多个激光器121中任意一个进行单独的选通控制。激光器的数量与gan开关器件的数量的比值为2：1，相当于两个激光器共用一个gan开关器件，采用该gan器件驱动来发光。这在上述多个优选实施例中，采用本发明中的发射装置是容易实现的。将开关器件设置在单列激光器的两侧，使得多个激光器到选通其的开关器件的距离大致相等，不会产生测试参数上的不一致，从而使各个探测通道的一致性较好。相比于一个gan开关器件驱动一个激光器的布局(如图2a、图2b所示)，放电环路长度基本相等，激光器的发射功率也比较一致。
116.如图6所示，本发明还提供将如上所述的发射装置10排布在pcb板上的另一种方法：多个激光器121单列设置，将gan开关器件与电容c分列于该列激光器的同一侧。将走线分为三层，第一层接地，连接gan开关及电容；第二层连接gan开关器件和激光器，第三层连接所有电容，将输出电压hv1的电压总线挂载的电容单元在第一层走线与其对应的激光器相连，将输出电压hv2的电压总线挂载的电容单元在第二层走线与其对应的激光器连接，由于gan器件的数量小于激光器的数量，这样的布线方式也可以使各个激光器到驱动其的gan开关器件的距离相等，从而使各个激光器的放电环路大致相等，不会产生发射功率的差异。
117.根据本发明的一个优选实施例，如图7所示，一种4总线电源系统的发射装置10在pcb板上的排布方法：将两列激光器交错排列，如图中所示的激光器121-1、121-2、121-3和121-4分别连接在四个不同的供电单元上(如图所示，四个供电单元的输出电压分别为hv1、hv2、hv3和hv4)，四个激光器121-1、121-2、121-3和121-4共用一个gan开关13-1，节省了gan开关器件的数量。其中gan开关13-1连接激光器121-1和121-3通过在pcb板上走线，连接激光器121-2和121-4通过在pcb板的背面走线，从而使四个激光器121-1、121-2、121-3和121-4到驱动其的gan开关13-1的距离大致相等，其放电环路相等，多个激光器的发射功率一致。且两列激光器交错排列的布局，可以将激光器放置的密度提高一倍，从而将激光雷达的垂直角分辨率提高一倍。
118.该优选实施例将所有的gan开关器件排列在一侧，每一个gan开关器件对应多个激光器，不仅能确保多个激光器与其对应的gan开关器件连线上的一致性，且因为两个gan开关器件之间，如图中所示的gan开关13-1与gan开关13-2相隔更远，在排列空间上也更加宽裕。如图7所示的四个激光器121-1、121-2、121-3和121-4，分别对应不同的电容111-1、111-4、111-2、111-5，每一个激光器与自己对应的电容及gan开关器件共同构成一个通电回路，因此这四个激光器可以按照一定的时序分别发光。
119.根据本发明的一个优选实施例，如图16所示，本发明还提供一种激光雷达20，包括如上所述的发射装置10，接收装置21及控制装置22，其中：发射装置10适于在控制装置22的
控制下，按照一定的时序驱动激光器发出探测激光束。接收装置21适于接收经相对于雷达的外部障碍物反射回来的回波。控制装置22适于根据雷达的探测需求，生成电压控制信号(如图4d中所示的drvh_hv1、drvl_hv1、drvrst_hv1)，控制供电单元输出电压，生成驱动信号(如图4a中所示drv1、drv2、drv3)以选通其中部分激光器发光；并适于对接收装置21接收到的回波进行处理，并根据该回波信号计算得到外部障碍物与雷达的距离和/或反射率。
120.根据本发明的一个优选实施例，图17示出了本发明的一个应用场景，无人驾驶的汽车上搭载激光雷达20，激光雷达20中的发射装置10，在控制装置22的控制下，通过不同的供电单元不同时地输出电压，分别选通其中部分激光器发出探测光束，接收装置21接收该探测光束经外部障碍物反射的回波，再经由控制单元22的处理，根据该回波信号计算得到外部障碍物与激光雷达(无人驾驶汽车)的距离和/或反射率。其中控制单元22通过生成电压控制信号，控制发射装置10的多个供电单元输出电压，通过生成驱动信号以选通其中部分激光器发光。
121.本发明的优选实施例提供了一种激光雷达的发射装置及其控制方法，通过多个供电单元分别选通与其连接的激光器发光，非共用电压的多个激光器可共用gan开关器件，实现单独地、一一地选通某个或者某行或者某列激光器，节省了发射端的成本以及体积，并使gan开关器件的尺寸不再成为激光雷达垂直角分辨率的限制，且gan开关器件可以分列于多个激光器的两端或采用pcb背后走线的布线方式，使得多个激光器的发射功率一致，多个激光器交错排列，垂直方向上的角分辨率增加。
122.第二方面
123.为了实现供电电源hv的电压快速调节，从初级电压迅速升压，以及快速调节输出电压，以快速调节激光器的光强，如图9c所示，本发明还提供一种激光器的供电单元11，包括：电容单元111、初级电压源112和高压产生单元113。初级电压源112配置成可输出初级电压。高压产生单元113与初级电压源112耦接，配置成输入初级电压，产生高于初级电压的输出电压，并通过输出端输出该高电压。电容单元111耦接到高压产生单元113的输出端。电容单元111及高压产生单元113配置成可通过充放电配合调节输出电压。
124.图9c示出了根据本发明的一个优选实施例，供电单元11的具体实现结构，初级电压源112输出初级电压(图中所示的vbase1)，高压产生单元113与初级电压源112耦接，将初级电压vbase1转换为高电压输出(图中所示的hv1)，电容单元111耦接到高压产生单元113的输出端，与高压产生单元113配合，通过充电、放电调节输出电压hv1。
125.根据本发明的一个优选实施例，如图9c所示，其中高压产生单元113包括第一电感1131、第一开关管1132和第二开关管1133。第一电感1131的第一端与初级电压源112连接，配置成可从初级电压源112输入电能。第一开关管1132的第一端与第一电感1131的第二端连接，第二端接地，配置成导通时使初级电压源112、第一电感1131形成充电回路，向第一电感1131充电。第二开关管1133的第一端与第一电感1131的第二端连接，第二端与电容单元111连接，用作高压产生单元113的输出端。
126.如图10a所示，充电阶段1的电流流向，第一开关管1132导通，第二开关管1133断开，初级电压源112与第一电感1131形成充电回路。如图10b所示，横轴为时间，上面一条曲线为第一电感1131的电流随时间变化的曲线，下面一条曲线为供电单元11的输出电压hv1随时间变化的曲线。第一开关管1132导通，此时第一电感1131的电流按照vbase/l的斜率线
性上升，其中l为第一电感1131的感抗，供电单元11的输出电压hv1维持初始值(与vbase相等)不变。
127.如图11a所示，充电阶段2的电流流向，第一开关管1132断开，由于第一电感1131上的电流不能在瞬间发生突变，因此在电感ls上产生反向电动势vls以维持通过电流不变。此时第二开关管1133导通，初级电压源112和第一电感1131两电压串联后，以超过vbase大小的电压向电容单元111充电，使电容单元111的电压升到vbase vls。如图11b所示，横轴为时间，上面一条曲线为第一电感1131的电流随时间变化的曲线，下面一条曲线为供电单元11的输出电压hv1随时间变化的曲线。第一开关管1132断开，第二开关管1133导通，此时第一电感1131和电容单元111形成谐振，电容单元111的电压从初始电压vbase谐振上升；当第一电感1131的电流降低到0的时候，第二开关管1133断开，此时电容单元的电容被冲到目标电压。
128.如图12a所示，放电阶段1的电流流向，第一开关管1132断开，第二开关管1133导通，电容单元111作为电源向第一电感1131放电，此时是某一个或某些激光器无需发光或者需要降低发光强度，则让本已经充满电的电容单元111中释放一些能量回存至第一电感1131，从而节约能量。如图12b所示，横轴为时间，上面一条曲线为第一电感1131的电流随时间变化的曲线，下面一条曲线为供电单元11的输出电压hv1随时间变化的曲线。第一开关管1132断开，第二开关管1133导通，电容单元111和第一电感1131形成谐振，电容单元111的电压谐振下降；当下降到目标电压之后，第二开关管1133断开。
129.如图13a所示，放电阶段2的电流流向，第一开关管1132导通，第二开关管1133断开，初级电压源112与第一电感1131形成放电回路。如图13b所示，横轴为时间，上面一条曲线为第一电感1131的电流随时间变化的曲线，下面一条曲线为供电单元11的输出电压hv1随时间变化的曲线，第一电感的电流按照-vbase/l的斜率下降。
130.根据本发明的一个优选实施例，如图9c所示，供电单元10还包括复位开关管1134，复位开关管1134跨接在初级电压源112和电容单元111之间，配置成可将输出电压hv1拉回至初级电压vbase。优选地，第一开关管1132、第二开关管1133、复位开关管1134包括gan开关、cmos开关管中的一种或多种。复位开关管1134可以用mos管、gan开关管等离散器件搭建，也可以利用选通开关。
131.如图14a所示，复位开关管1134导通，对第一电感1131进行复位，避免第一电感1131和第一开关管1132的寄生电容再次谐振，该谐振会影响到电容单元111以及下次的充电过程。如图14b所示，横轴为时间，上面一条曲线为第一电感1131的电流随时间变化的曲线，下面一条曲线为供电单元11的输出电压hv1随时间变化的曲线，输出电压hv1迅速拉升至初级电压vbase。
132.由上述多个实施例可以看出，本发明所提供的快速总线电源系统需要三个控制信号，分别是控制第一开关管1132的低边驱动信号(如图9c中所示的drvl_hv1)、控制第二开关管1133的高边驱动信号(如图9c中所示的drvh_hv1)、以及控制复位开关管1134的复位信号(如图9c中所示的drvrst_hv1)。这3个信号的合理配合，可以实现《1us的调节时间，能够满足激光器光强逐像素(pixel)调节的能力。
133.根据本发明的一个优选实施例，本发明还提供一种控制如上所述的供电单元11的控制单元，其中高压产生单元113包括第一开关管1132、第二开关管1133和复位开关管
1134，该控制单元包括：根据激光器的发光时序生成电压控制信号，分别向第一开关管1132、第二开关管1133、复位开关管1134的控制极输出电压控制信号(即图9c中所示的drvl_hv1、drvh_hv1、drvrst_hv1)，以控制高压产生单元113输出高于初级电压的输出电压，并控制电容单元111和高压产生单元113通过充放电配合调节该输出电压。
134.根据本发明的一个优选实施例，如图4a所示，本发明还提供一种激光雷达的发射装置10，包括：多个如上所述的供电单元11，配置成输入初级电压输出高电压，且至少两个供电单元11相对不同时地输出高电压，其中，该高电压为相对于该初级电压更高的电压。激光器单元12，包括多个激光器121，其中每个激光器121的阳极连接到其中一个供电单元11的输出端，使得其中至少两个激光器121连接于不同的供电单元11。至少一个开关器件13，非共用电压的部分激光器121的另一端连接到其中一个开关器件13，开关器件13配置成可选通对应供电单元11、与其连接的激光器121及地构成的电流回路的通断。
135.根据本发明的一个优选实施例，如图15所示，本发明还提供一种使用如上所述的供电单元11控制激光器发光的方法30，包括：
136.在步骤s301中，通过初级电压源112输出初级电压；
137.在步骤s302中，通过高压产生单元113产生高于初级电压的输出电压；
138.在步骤s303中，通过电容单元111和高压产生单元113充电、放电，配合调节该输出电压。
139.根据本发明的一个优选实施例，其中高压产生单元113包括：第一电感1131，第一端与初级电压源112耦接，第一开关管1132，第一端与第一电感1131的第二端耦接，第二端接地，第二开关管1133，第一端与第一电感1131的第二端耦接，第二端与电容单元111耦接，方法30还包括：
140.通过第一电感1131从初级电压源112输入电能；
141.通过第一开关管1132闭合、第二开关管1133断开，使初级电压源112、第一电感1131形成充电回路，由初级电压源112向第一电感1131充电；
142.通过第一开关管1132断开、第二开关管1133闭合，使初级电压源112、第一电感1131形成放电回路，通过初级电压源112和第一电感1131向电容单元111充电，使得输出电压高于初级电压。
143.根据本发明的一个优选实施例，方法30还包括：
144.通过第一开关管1132断开、第二开关管1133闭合，使电容单元111放电，第一电感1131从电容单元111输入电能，使输出电压下降。
145.根据本发明的一个优选实施例，其中供电单元11还包括复位开关管1134，复位开关管1134跨接在初级电压源112和电容单元111之间，方法30还包括：
146.通过复位开关管1134将输出电压拉回至初级电压。
147.本发明的优选实施例提供了一种包含lc谐振电路的供电单元，由于lc谐振电路的特性，使得该供电单元给挂载的电容充电、放电的速度大大提高，和另外一实施例所使用的反馈电路的方案相比，提升了千倍的速度。
148.为了体现本技术中hv供应电路的效果，图9a示出了一种现有的hv供应电路的结构，图9a中的电源输出高压hv，经过采样后，与基准电压vref进行比较，得到误差信号，经过pid控制器产生控制信号u，pwm比较器将u和固定某个频率(数值大小具体和采用该hv电路
的系统有关)的锯齿波比较，输出一组控制脉冲控制功率开关管的导通和关断，以维持输出电压的相对稳定，从电路结构上看，整个电路的部件相对比较多，而且，由于其工作过程需要负反馈，也导致hv切换速度较慢。图9b示出了采用图9a中的电源供应hv的工作仿真图。对比图9b及图10b，同样是输出高压hv1为30v，图9b中花费了0.9ms＝1.9ms-1ms，但是10b中花费了不到0.2μs≈0.8μs-0.6μs，提升了千倍的速度。因此，采用本技术中的供电单元11，可以快速输出hv，也可以快速进行hv的切换，进而可以相对速度更快地调节激光雷达的多个激光器的光强，以匹配于外界障碍物的情况或者使用场景，从而提升点云探测的精确性。
149.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。