具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

正如背景技术所言，传统的脉冲激光器对驱动电压要求很高，很多激光雷达系统难以达到激光器驱动电压的要求，影响激光雷达的最大探测距离，为了达到激光器驱动电压的要求，供电系统会变得非常复杂笨重，极大地降低了激光雷达的便携性，同时也会增加供电系统的成本。

经过研究发现，脉冲激光器虽然对驱动电压要求高，但是并不需要恒定的高压电源，只要每次在储能电容放电前将储能电容充电至所需电压即可，而RLC振荡电路可以通过振荡方式产生高于电源的电压，且有固有的振荡周期，特别适合用于脉冲激光器驱动电路，为激光器提供高于电源的电压。

对此本发明做了试验验证这一理论，在驱动电路的充电部分引入一个振荡电感，使电源、振荡电感、电阻和储能电容构成RLC振荡电路，激光器为脉冲激光二极管，电容为1nF，振荡电感为10.1mH，电源为32V。经过试验，引入振荡电感后32V电源驱动激光器所发射的功率完全等效于传统电路60V电源驱动激光器所发射的功率，在将32V电源换成42V电源后，驱动的激光所发射的功率等效于传统电路80V电源驱动激光器所发射的功率，RLC振荡电路将激光器的驱动电压提高了88％～90％，接近于翻倍的效果。而且对振荡电感的精度和内阻要求低，引入的振荡电感可以比理论计算值略大，在本次试验中在电路中引入10mH～20mH的振荡电感，都能起到很好的效果。实验中使用的振荡电感的内阻为20Ω，内阻的存在也并不影响RLC振荡电路对电源电压的放大效果。

以下将结合附图分别对本发明实施例提供的脉冲激光器驱动电路系统及其驱动方法进行详细描述。

图2示出了根据本发明一个实施例的脉冲激光器驱动电路系统的原理。

如图2所示，本发明实施例提供的脉冲激光器驱动电路系统，包括：电源1、储能电容2、电阻3、高速开关4、激光器5和放电电感6，电源1、储能电容2和电阻3串联形成充电电路，储能电容2、高速开关4、激光器5与放电电感6串联形成放电电路，在高速开关4断开时，通过电源1对储能电容2进行充电，当高速开关4闭合时，储能电容2将存储的电荷完全释放，驱动激光器5产生脉冲激光。

本发明的创新之处在于，在充电电路中引入一个振荡电感7，将振荡电感7串联在充电电路中，振荡电感7、电源1、储能电容2与电阻3串联，从而将原始的充电电路变为RLC二阶微分振荡电路，根据微分振荡电路的原理特性，在一段时间内储能电容2可获得高于电源1的电压。

由于RLC二阶微分振荡电路具有固定的振荡周期，高速开关4的闭合时间也具有固定的频率周期，因此可以通过计算振荡电感7的电感量，使得高速开关4闭合时的频率周期与RLC二阶微分振荡电路的振荡周期匹配，从而使高速开关4在闭合时，恰好储能电容2的充电电压达到最大值，对激光器5进行驱动。

图3是根据本发明一个实施例的脉冲激光器驱动电路系统在充电时的等效电路。

如图3所示，当高速开关4断开时，放大电路断开，驱动电路等效为RLC二阶微分振荡电路，根据基尔霍夫定律有：

U＝u_L(t)+u_R(t)+u_C(t) (1)

u_R(t)＝i(t)R (3)

式(5)为关于u_C(t)的二阶常系数微分方程，令y＝u_C(t)则方程可写为y”+ay'+by＝c。对于这个方程，先求齐次方程y”+ay'+by＝0的通解Y，再求非齐次方程y”+ay'+by＝c的一个特解y*，Y+y*就是y”+ay'+by＝c的通解。

首先求齐次方程y”+ay'+by＝0的通解，其特征方程为r²+ar+b＝0，特征根为(对于弱阻尼振荡电路，a²-4b＜0)解得因此其次方程y”+ay'+by＝0的解为：

k₁、k₂为待定系数。

非齐次方程y”+ay'+by＝c的一个特解为

非齐次方程y”+ay'+by＝c的通解为：

其中 y＝u_C(t)，k₁、k₂为待定系数，R为电阻3的阻值，C为储能电容2的电容量，L为振荡电感7的电感量。

根据电路的初始条件，t＝0时，电路中的电流为零，储能电容2的电压为零，所以u_C(0)＝0，根据此条件可以确定

非齐次方程的通解为：

其中

可以看出，u_C(t)随时间振荡，u_C(t)振荡的第一个极大值点就是u_C(t)的最大值。

令可以求得第一个极值点的时刻

根据R、C和两次开关闭合的时间间隔T值计算出对应的L，使高速开关4闭合时，恰好u_C(t)在振荡的最高点，此时有

实际上所以可以使激光器驱动电压从U提高到2U，达到电压翻倍的效果。

也就是说，根据选取振荡电感7的电感量，就能使每次高速开关4闭合时，恰好u_C(t)在振荡的最高点。

上述内容详细说明了本发明提供的脉冲激光器驱动电路系统的结构及其工作原理。与上述驱动电路系统相对应，本发明还提供一种脉冲激光器驱动电路系统的驱动方法。

本发明实施例提供的脉冲激光器驱动电路系统的驱动方法，包括如下步骤：

S1、通过由储能电容、电阻、振荡电感与电源串联而成的RLC振荡电路通过振荡方式对储能电容进行充电，使储能电容获得高于电源电压的充电电压。

储能电容、电阻与电源串联形成充电电路，通过引入一个振荡电感，使其串联在充电电路中，将充电电路变为RLC二阶微分振荡电路，根据微分振荡电路的原理特性，通过振荡方式在一段时间内使储能电容可获得高于电源的电压。

S2、闭合高速开关，通过储能电容释放存储的电荷对激光器进行驱动。

高速开关、储能电容、放电电感和激光器串联形成放电电路。当高速开关闭合时，储能电容存储的电荷完全释放，驱动激光器产生脉冲激光。

由于储能电容的充电电压高于电源的电压，因此激光器能够获取高于电源的驱动电压。

在本发明的一个实施例中，在闭合高速开关时，使储能电容的充电电压达到最大值，对激光器进行驱动。本发明是根据储能电容的电容量、电阻的阻值及高速开关两次闭合的时间间隔计算振荡电感的电感量，使高速开关的频率周期与RLC振荡电路的振荡周期相匹配，当高速开关闭合时，储能电容的充电电压在振荡的最高点。

计算振荡电感的电感量的具体方式参照上述内容，故在此不再赘述。

为了证明本发明能够取得的技术效果，下面以两个具体实施例进行说明。

具体实施例1

图4示出了根据本发明具体实施例1的激光器电流仿真结果。

如图4所示，三条曲线分别对应的是30V电源未加电感、30V电源加电感和60V未加电感的激光器电流仿真结果，t为仿真时间，I为激光器的电流。可以看出，在30V电源下，引入合适的电感可以使激光器峰值电流翻倍，其效果等效于60V电源驱动的激光器。

具体实施例2

图5示出了根据本发明具体实施例2的激光器电流仿真结果图。

如图5所示，采用40V电源做了相似的仿真，同样可以看出，在40V电源下，引入合适的振荡电感可以使激光器的峰值电流翻倍，效果等效于80V电源驱动的激光器。根据仿真结果，在不同的电源电压下，引入适当的振荡电感均能使电源电压翻倍。

与现有的驱动电路相比，本发明只是在充电电路中引入一个振荡电感，成本非常低廉，性能稳定，相对于整个激光雷达系统来说几乎不增加重量，但可以将激光器对电源电压的需求降低将近一半，极大程度上降低了供电系统的成本和复杂度。甚至对于一些现有的已经成型无法更改的电路仍然可以外接串联电感解决这一问题。本发明提出的是一种思想，不仅限于本次试验，很多脉冲激光器的驱动电路都可以通过这种方式改进，将来可能会有广阔的应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何如本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。