一種基于usb供電的脈沖vcsel激光驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路及方法，該電路包括：一VCSEL激光驅(qū)動電路，用于驅(qū)動VCSEL陣列；一儲能電路，用于存儲電能，提供所述VCSEL激光驅(qū)動電路驅(qū)動電能，所述儲能電路電連接于所述VCSEL激光驅(qū)動電路；和一電源處理模塊，用于提供電能于所述儲能電路，所述電源處理模塊電連接于所述儲能電路，其中所述電源模塊包括一USB接口和一電源處理模塊，所述電源處理模塊電連接于所述USB接口。
【專利說明】
一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種VCSEL激光驅(qū)動電路，更進一步，涉及一種應(yīng)用于手持式激光投影、3D掃描產(chǎn)品的VCSEL陣列驅(qū)動以及激光逆投影產(chǎn)品的檢測供電模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser垂直腔面發(fā)射激光器)是一種新型半導(dǎo)體激光器，具有單縱模運行、圓截面出射光、易于構(gòu)成二維陣列以及適于在線晶片級測試等優(yōu)越性能，被廣泛應(yīng)用于光電通信以及光電控制等領(lǐng)域。
[0003]VCSEL陣列是大功率恒流驅(qū)動器件，一般情況下需要外置專用大功率恒流電路驅(qū)動工作。因此當(dāng)一些小功率設(shè)備，如手持式便攜設(shè)備，3D掃描產(chǎn)品以及激光逆投影模組等在電路中應(yīng)用VCSEL陣列時，由于設(shè)備的低電壓，小電流等供電特性，使得在這些產(chǎn)品中不能很好的應(yīng)用VCSEL陣列，從而限制了設(shè)備的性能。
[0004]在一些手持便攜設(shè)備中應(yīng)用了 VCSEL陣列，有鋰電池或者PC(PersonalComputer)機的USB (Universal Serial Bus通用串行總線)端口作為基礎(chǔ)供電，眾所周知，對于小型便攜設(shè)備，如手持式激光投影筆，都是采用容量較小的電池，輸出電壓和電流都較低，而PC機的USB端口的輸出電壓一般為5V，也是屬于低電壓，因此，這些使用了 VCSEL陣列的設(shè)備的供電方式，無法提供足夠的驅(qū)動能量，使得VCSEL陣列正常工作。
[0005]每個電子器件根據(jù)自身的電氣性能，都存在各自的額定電流、額定電壓等電學(xué)參數(shù)，因此不可能通過單純改變整體電氣設(shè)備自身的參數(shù)去適應(yīng)VCSEL陣列工作，如何在不影響設(shè)備中原有電子器件的正常工作，同時使得VCSEL陣列可以正常工作，發(fā)揮其應(yīng)有的性能，這是VCSEL應(yīng)用于手持式激光投影、3D掃描產(chǎn)品的VCSEL陣列驅(qū)動以及激光逆投影產(chǎn)品的檢測供電模塊等電子設(shè)備時需要解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其通過電路實現(xiàn)了在低電壓/小電流下高效驅(qū)動VCSEL陣列工作。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其通過電路實現(xiàn)在低電壓/小電流下高效驅(qū)動VCSEL激光器工作。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其通過一儲能單元，提供VCSEL激光驅(qū)動電路工作電流。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其通過一開關(guān)電路，控制電路電源處理模塊和VCSEL激光驅(qū)動電路與儲能單元的電路通斷。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其通過超級電容器儲存電能。
[0011]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其通過超級電容器向VCSEL激光驅(qū)動電路提供驅(qū)動電能。
[0012]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，開關(guān)電路包括場效應(yīng)管，控制所述超級電容與所述電源處理模塊以及VCSEL激光驅(qū)動電路的通斷。
[0013]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其對VCSEL陣列的驅(qū)動方式由原有的直流驅(qū)動變?yōu)槊}沖驅(qū)動，使得VCSEL陣列的發(fā)熱量減小，從而工作更加穩(wěn)定，可靠性增加。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其輸出PffM脈沖，使得驅(qū)動方式由原有的直流驅(qū)動變?yōu)槊}沖驅(qū)動。
[0015]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其輸出PffM脈沖，可調(diào)節(jié)輸出電壓，確保VCSEL激光器恒流正常工作。
[0016]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其采用雙PffM脈沖輸出，控制驅(qū)動脈沖下降沿拖尾現(xiàn)象。
[0017]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其驅(qū)動電路體積減小，實現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化。
[0018]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其采用脈沖間隙對大容量超級電容快速充電，在脈寬時間內(nèi)利用超級電容的快速放電與高能量密度特性，解決了毫秒級脈沖期間恒流大電流驅(qū)動。
[0019]為了實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其包括:
[0020]一 VCSEL激光驅(qū)動電路，用于驅(qū)動VCSEL陣列；
[0021 ] 一儲能電路，用于存儲電能，提供所述VCSEL激光驅(qū)動電路驅(qū)動電能，所述儲能電路電連接于所述VCSEL激光驅(qū)動電路；和
[0022]—電源處理模塊，用于提供電能于所述儲能電路，所述電源處理模塊電連接于所述儲能電路，其中所述電源模塊包括一 USB接口和一電源處理模塊，所述電源處理模塊電連接于所述USB接口。
[0023]優(yōu)選地，所述儲能保護電路包括一儲能單元，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為低電平時，所述電源處理模塊向所述儲能單元充電。
[0024]優(yōu)選地，所述電源處理模塊電連接于所述儲能單元。
[0025]優(yōu)選地，所述電源處理模塊電連接于所述微處理器單元。
[0026]優(yōu)選地，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出為高電平時，所述儲能單元向所述VCSEL激光驅(qū)動電路提供電能。
[0027]優(yōu)選地，其中所述儲能保護電路包括一開關(guān)電路，所述開關(guān)電路控制所述電源處理模塊和所述VCSEL激光驅(qū)動電路與所述儲能單元的電路通斷。
[0028]優(yōu)選地，所述儲能單元包括至少一超級電容器。
[0029]優(yōu)選地，所述開關(guān)電路包括一場效應(yīng)管。
[0030]優(yōu)選地，當(dāng)所述場效應(yīng)管控制所述VCSEL激光驅(qū)動電路和所述電源模塊與所述超級電容的通斷。
[0031 ] 優(yōu)選地，所述VCSEL激光驅(qū)動電路包括一 DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊和一采樣反饋模塊，所述DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊用于轉(zhuǎn)換所述儲能單元輸入電源，所述采樣反饋模塊用于反饋信息于所述微處理器單元。
[0032]優(yōu)選地，其中所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用PffM脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。
[0033]優(yōu)選地，其中所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用雙PffM脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。
[0034]優(yōu)選地，其進一步包括一 UART編程接口，連接于所述微處理器單元。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，還提供一種VCSEL激光器驅(qū)動方法，其包括如下步驟:
[0036]提供一電源模塊，一儲能保護電路，所述電源模塊向所述儲能保護電路充電；
[0037]提供一 VCSEL激光驅(qū)動電路，所述儲能保護電路向所述VCSEL激光驅(qū)動電路供電；和
[0038]所述VCSEL激光驅(qū)動電路脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。
[0039]優(yōu)選地，上述方法適用于USB供電方式。
[0040]優(yōu)選地，在上述方法中，在所述步驟(A)中，所述電源模塊包括一 USB接口和一電源處理模塊，所述電源處理模塊電聯(lián)接于所述USB接口。
[0041]優(yōu)選地，在上述方法中，在所述步驟(A)中，所述儲能保護電路包括一儲能單元和一開關(guān)電路，所述開關(guān)電路控制所述儲能單元和所述電源處理模塊的通斷。
[0042]優(yōu)選地，在上述方法中，所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。
[0043]優(yōu)選地，在上述方法中，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為低電平時，所述電源處理模塊向所述儲能單元充電，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出為高電平時，所述儲能單元向所述VCSEL激光驅(qū)動電路提供電能。
[0044]優(yōu)選地，在上述方法中，所述儲能單元包括至少一超級電容器。
[0045]優(yōu)選地，在上述方法中，所述開關(guān)電路包括一場效應(yīng)管。
[0046]優(yōu)選地，在上述方法中，所述場效應(yīng)管控制所述VCSEL激光驅(qū)動電路和所述電源模塊與所述超級電容的通斷。
[0047]優(yōu)選地，在上述方法中，所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用PffM脈沖驅(qū)動所述VCSEL陣列。
[0048]優(yōu)選地，在上述方法中，所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用雙PffM脈沖驅(qū)動所述VCSEL陣列。
[0049]優(yōu)選地，在上述方法中，進一步包括步驟:通過一 UART編程接口修改所述PffM脈沖脈寬占空比。
【附圖說明】
[0050]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的電路模塊圖。
[0051 ] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的另一電路模塊圖。
[0052]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的儲能示意圖。
[0053]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的驅(qū)動示意圖。
[0054]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的電路圖。
[0055]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的又一電路模塊圖。
[0056]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的方法框圖。
【具體實施方式】
[0057]以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實施方案、變形方案、改進方案、等同方案以及沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。
[0058]如圖1，圖2所示，是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路的電路模塊圖。所述基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路包括一 VCSEL激光驅(qū)動電路，用于驅(qū)動一 VCSEL陣列；一儲能保護電路，用于提供驅(qū)動電流于所述激光于所述VCSEL激光驅(qū)動電路，電連接于所述VCSEL激光驅(qū)動電路；和一電源模塊，用于提供電能于所述儲能保護電路，電連接于所述儲能保護電路。
[0059]值得一提的是，當(dāng)所述基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路應(yīng)用于一電氣設(shè)備時，所述電源模塊可以通過從外部設(shè)備獲取電能，從而提供電能于所述儲能保護電路；也可以通過自身集成直流電源的方式提供電能于所述儲能保護電路，從而提供電能于所述VCSEL激光驅(qū)動電路，驅(qū)動所述VCSEL激光驅(qū)動電路工作；還可以是所述電源模塊直接連接于所述電氣設(shè)備中的原有電源，通過所述電源模塊的轉(zhuǎn)換，提供電能于所述VCSEL激光驅(qū)動電路。如，在手持式便攜設(shè)備中，可以將手持便攜設(shè)備的電池集成于所述電源模塊，從而直接提供低電壓電能。也就是說，所述脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路使得低壓電源設(shè)備可以驅(qū)動VCSEL陣列工作，使得原本需要大功率驅(qū)動設(shè)備驅(qū)動的VCSEL陣列可以在低電壓條件下實現(xiàn)驅(qū)動，而不限于輸入電壓的類型。以下具體說明實現(xiàn)方式。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，所述電源模塊包括一 USB接口和一電源處理模塊，所述電源處理模塊電連接于所述USB接口。所述USB接口用于電連接外部設(shè)備，也就是說，通過所述USB接口可以通過連接線等電連接于任何外部可以提供電源的設(shè)備，從而獲得可以提供于所述儲能保護電路的電能。
[0061]根據(jù)電氣基礎(chǔ)知識，不同的電氣元件或電氣設(shè)備具有各自的額定工作電壓、額定工作電流等電氣參數(shù)，不同的電氣元件或電氣設(shè)備要連接于同一級電路時，需要滿足相同的電壓等級，從而保證各電氣元件在正常狀態(tài)下工作。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，所述電源處理模塊用于轉(zhuǎn)換電能，從而使得由所述USB接口接入的電壓等級適于所述儲能保護電路。
[0062]所述電源處理模塊可以是一電壓電流轉(zhuǎn)換器，將由所述USB接口接入的電壓或者電流轉(zhuǎn)換為與所述儲能保護電路的相適應(yīng)的電壓或電流。
[0063]值得一提的是，電源接入方式優(yōu)選所述USB接口形式，另外所述驅(qū)動電路可以從外部接入電源，也可以在內(nèi)部設(shè)置電源，如設(shè)置電池模塊，在內(nèi)部提供電源，不需要從外部接入。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，所述儲能保護電路包括一儲能單元和一開關(guān)電路。所述儲能單元用于存儲電能，提供電能于所述VCSEL激光驅(qū)動電路。所述開關(guān)電路用于控制所述電源處理模塊和所述VCSEL激光驅(qū)動電路與所述儲能單元的電路通斷。
[0065]參照圖5所示，所述基于低電壓的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路包括一 VCSEL激光器，所述VCSEL激光驅(qū)動電路驅(qū)動所述VCSEL激光器工作。所述VCSEL激光器包括VCSEL陣列，也就是說，所述VCSEL激光驅(qū)動電路驅(qū)動所述VCSEL陣列工作。
[0066]更進一步，所述VCSEL輸出驅(qū)動脈沖，通過脈沖方式驅(qū)動所述VCSEL激光器，由原有的直流驅(qū)動方式變?yōu)槊}沖驅(qū)動方式，使得VCSEL陣列不需要一直處于恒流通電狀態(tài)，從而減少所述VCSEL激光器陣列的發(fā)熱量，工作更加穩(wěn)定，可靠性增加。
[0067]當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出高電平脈沖，也就是說，所述VCSEL激光驅(qū)動電路工作需要驅(qū)動所述VCSEL陣列工作時，由于VCSEL陣列是大功率恒流驅(qū)動器件，通常情況需要外置專門大功率恒流電路驅(qū)動，因此當(dāng)?shù)碗妷褐苯虞斎霑r，不能提供足夠的驅(qū)動能量。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出高電平脈沖時，所述開關(guān)電路控制所述儲能單元電連接于所述VCSEL激光驅(qū)動電路，提供驅(qū)動能量于所述VCSEL激光驅(qū)動電路工作，從而驅(qū)動所述VCSEL激光器工作；當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出低電平的脈沖間隙，所述開關(guān)電路控制所述儲能單元與所述VCSEL激光驅(qū)動電路斷開，所述電源處理模塊電連接于所述儲能單元，補充電能于所述儲能單元。
[0068]更進一步，也就是說，當(dāng)所述VCSEL激光器需要驅(qū)動工作時，所述儲能保護電路的所述儲能單元通過存儲的電能而提供足夠的驅(qū)動能量于所述VCSEL激光驅(qū)動電路，從而使得所述VCSEL激光驅(qū)動電路驅(qū)動所述激光器工作，當(dāng)所述VCSEL激光器處于脈沖低電平間隙時，所述儲能保護電路的儲能單元通過所述USB接口接入的外部電路經(jīng)過所述電源處理模塊的轉(zhuǎn)化而儲存電能，以備所述VCSEL激光驅(qū)動電路工作時使用。其中，所述VCSEL激光驅(qū)動電路和所述電源處理模塊與所述儲能單元電路的通斷由所述開關(guān)電路控制。
[0069]由上述可以看到，通過所述儲能電路儲存由所述USB接口接入的低電壓電能，間接的提供滿足驅(qū)動所述VCSEL激光驅(qū)動電路工作的電能，從而使得所述USB接口接入的低電壓可以驅(qū)動VCSEL激光驅(qū)動電路工作，從而驅(qū)動所述VCSEL激光器工作，從而解決了低電壓不能驅(qū)動所述VCSEL激光器工作的問題。
[0070]進一步，需要解決電能存儲的問題，根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，所述儲能單元包括至少一超級電容，用于存儲電能。所述開關(guān)電路包括一場效應(yīng)管。參照圖5所示，所述超級電容電連接于所述儲能保護電路，所述場效應(yīng)管電連接于所述儲能保護電路。
[0071]更進一步，所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用雙輸出PMff (Pulse Width Modulat1n脈沖寬度調(diào)制)脈沖，分別表示為PWMl和PWM2，參照圖5所示，一路PMffl脈沖由所述儲能保護電路輸出，當(dāng)所述儲能保護電路輸出PMffl脈沖處于低電平脈沖間隙時，所述儲能保護電路的所述場效應(yīng)管控制接通所述電源處理模塊和所述超級電容，也就是說，所述場效應(yīng)管接通所述USB接口的外部電源和所述超級電容，參照圖5，VIN為接入所述儲能保護電路的電壓，也就是通過所述電源處理模塊處理后有所述USB接口接入的電壓，通過由所述USB接口接入的電壓VIN為所述超級電容充電。當(dāng)所述儲能保護電路輸出PMffl脈沖處于高電平工作時，所述儲能保護電路的所述場效應(yīng)管斷開所述電源處理模塊和所述超級電容，所述超級電容與所述VCSEL激光驅(qū)動電路接通，所述超級電容快速放電，提供驅(qū)動電能于所述VCSEL激光驅(qū)動電路。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，參照圖2，所述基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路進一步包括一微處理器單元，用于提供控制信號于所述儲能保護單元和所述VCSEL激光驅(qū)動電路。所述微處理器單元信號連接于所述USB接口，所述微處理器單元電連接于所述電源處理模塊。所述微處理器單元信號連接所述儲能保護電路和所述VCSEL激光驅(qū)動電路。
[0073]所述VCSEL激光驅(qū)動電路包括一 DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊和一采樣反饋模塊。所述DC/DC電源模塊用于轉(zhuǎn)換所述儲能保護電路的所述儲能單元輸入的電源。所述采樣反饋模塊用于將所述VCSEL激光驅(qū)動電路信息反饋于所述微處理器單元。
[0074]另一路PWM2脈沖設(shè)置于所述VCSEL激光驅(qū)動電路的的DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊，所述脈沖PffMl和所述脈沖PWM2相配合，形成雙脈沖輸出，控制了驅(qū)動脈沖在下降沿的拖尾現(xiàn)象。
[0075]由所述USB接口接入的電能經(jīng)所述電源處理模塊處理后被分為兩路，一路接入所述微處理器單元，提供所述微處理器單元的工作，另一路接入所述儲能保護電路，為儲能單元提供存儲的電能。所述微處器單元由所述電源處理模塊提供工作電能，接收所述USB接口輸入的信號，提供控制信號于所述儲能保護電路和所述VCSEL激光驅(qū)動電路，并且接收由所述VCSEL激光驅(qū)動電路返回的采樣反饋，進而由所述微處理器單元控制所述儲能保護電路的工作。
[0076]具體地，當(dāng)所述VCSEL激光器處于脈沖工作期間，也就是脈寬時間內(nèi)，所述微處理器單元提供控制信號于所述儲能保護電路，通過控制所述場效應(yīng)管的關(guān)斷與所述電源處理模塊的輸入電流，保護由于所述VCSEL激光器在大電流工作期間拉低整個系統(tǒng)的工作電壓，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定或者無法正常工作。此時，所述微處理器單元提供控制信號于所述儲能保護電路的所述開關(guān)電路，接通所述儲能保護電路的儲能單元和所述VCSEL激光驅(qū)動電路，斷開所述儲能保護單元的所述儲能單元和所述電源處理模塊，由所述儲能保護電源的大容量超級電容瞬間釋放的電能為所述VCSEL激光驅(qū)動電路提供輸入電流。
[0077]當(dāng)所述VCSEL激光器脈沖間隙，所述微處理器單元提供控制信號于所述儲能保護電路，通過控制所述儲能保護電路的所述場效應(yīng)管打開與所述電源處理模塊的輸入電流。此時，所述儲能單元與所述VCSEL激光驅(qū)動電路斷開，所述儲能保護電路的所述儲能單元的所述超級電容由所述電源處理模塊獲取電能而充電儲能。
[0078]由超級電容基本特性可以知道，超級電容電容量大，由于其特有的結(jié)構(gòu)，具有高能量密度，可以提供很大的放電電流，比如2700F的超級電容額定放電電流不低于950A，放電峰值電流可以達到1680A，而一般的蓄電池或者干電池不能有如此高的放電電流，一些高放電電流的蓄電池在如此高的電流下工作時，壽命將大大降低。超級電容可以在數(shù)十秒到數(shù)分鐘內(nèi)快速充電，蓄電池在如此短時間內(nèi)充電將會特別危險。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，充分利用超級電容的特性，在脈沖間隙對大容量超級電容快速充電，在脈寬時間內(nèi)利用超級電容的快速放電與高能量密度特性，對所述VCSEL激光驅(qū)動電路快速放電，解決了毫秒級脈沖期間恒流大電流驅(qū)動。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，所述VCSEL激光驅(qū)動電路的所述DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊采用大電流同步整流BUCK型DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊。所述大電流同步整流BUCK型DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊以其轉(zhuǎn)換效率高、集成度高的特點在便攜式設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。
[0080] 值得一提的是，所述脈VCSEL激光驅(qū)動電路運用PffM電流峰值控制方式，大大提高了負載的瞬態(tài)響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述BUCK型DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊的PffM控制方式是在固定頻率下，通過控制PWM脈沖信號的占空比實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)整。所述采樣反饋電路實時采集VCSEL激光器在工作時的電流，反饋給所述微處理器單元，調(diào)整PWM控制信號的占空比，以調(diào)節(jié)輸出電壓，確保所述VCSEL激光器恒流正常工作。
[0081 ] 還值得一提的是，根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，所述VCSEL激光驅(qū)動電路是為了適應(yīng)VCSEL激光器以及其特定工作要求而設(shè)計，所述VCSEL激光驅(qū)動電路的基本技術(shù)指標(biāo)是:⑴輸出電流脈寬3?1ms可調(diào)；⑵輸出電流脈沖頻率5?1hz可調(diào)；(3)輸出驅(qū)動電流2?8A恒流可調(diào)?；谏鲜黾夹g(shù)指標(biāo)，采用脈沖間隙對大容量超級電容快速充電儲能，在脈沖期間內(nèi)利用超級電容快速放電以及高能量密度特性，加上工程應(yīng)用中系統(tǒng)規(guī)模最小化、合理化以及便攜式的要求下，采用了上述基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路?；谳敵鲭娏鱌Mff脈寬以及頻率可調(diào)，所以在超級電容容量的選擇上，需要適當(dāng)?shù)姆艑?。假設(shè)該VCSEL激光驅(qū)動電路的輸出電流脈寬為10ms，頻率為10hz，輸出電流為8A，即在一個脈沖周期內(nèi)，1ms的脈沖期間VCSEL激光器工作，剩余的90ms脈沖間隙內(nèi)超級充電，按照超級電容的充放電公式:C = I*dt/dv，I為平均最大工作電流8A，dt為放電時間10ms，dv壓降為5V，由此可以粗略的計算出該超級電容所需的最小容量。反之充電時間也客由上述理論計算公式得出。所述場效應(yīng)管開關(guān)速度極快，一般可以達到ns級別的開關(guān)速度，同時不會造成電流尾拖現(xiàn)象。鑒于場效應(yīng)管上述性能，所述場效應(yīng)管器件完全滿足VCSEL激光驅(qū)動電路的設(shè)計指標(biāo)。
[0082]還值得一提的是，所述超級電容和所述場效應(yīng)管的應(yīng)用，在工程應(yīng)用上，使得所述基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路規(guī)模小型化，電路整體體積較小，輕量化，適于應(yīng)用于手持式激光投影、3D掃描產(chǎn)品的VCSEL陣列驅(qū)動以及激光逆投影產(chǎn)品的檢測供電模塊等電子廣品。
[0083]還值得一提的是，參照圖6所示，所述基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路預(yù)留 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發(fā)傳輸器)編程接口，通過所述UART編程接口修改驅(qū)動脈沖PffM占空比，精密調(diào)整驅(qū)動電流大小。
[0084]參照圖7所示，根據(jù)上述優(yōu)選實施例，本發(fā)明提供一種VCSEL激光器驅(qū)動方法，所述方法包括如下步驟:
[0085]⑷提供一電源模塊，一儲能保護電路，所述電源模塊向所述儲能保護電路充電；
[0086](B)提供一 VCSEL激光驅(qū)動電路，所述儲能保護電路向所述VCSEL激光驅(qū)動電路供電-M
[0087](C)所述VCSEL激光驅(qū)動電路脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。
[0088]特別地，所述VCSEL激光器驅(qū)動方法優(yōu)選地適用于USB供電方式。
[0089]所述步驟㈧中，所述電源模塊包括一 USB接口和一電源處理模塊，所述電源處理模塊電聯(lián)接于所述USB接口。
[0090]所述步驟(A)中，所述儲能保護電路包括一儲能單元和一開關(guān)電路，所述開關(guān)電路控制所述儲能單元和所述電源模塊的通斷。所述儲能單元包括至少一超級電容。也就是說，所述電源模塊向所述超級電容充電，以使得所述超級電容存儲電能，以便于向所述VCSEL激光驅(qū)動電路釋放電能。
[0091 ] 由于所述VCSEL激光驅(qū)動電路通過輸出脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器，也就是說，在一個工作周期內(nèi)，存在高電平脈沖工作時段和低電平脈沖間隙，在所述步驟(B)中，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為高電平時，所述儲能保護單元向所述VCSEL激光驅(qū)動電路供電，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為低電平脈沖間隙時，所述儲能保護電路停止向所述VCSEL激光驅(qū)動電路供電。
[0092]特別地，所述步驟⑶中，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為高電平時，所述超級電容向所述VCSEL激光驅(qū)動電路供電，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為低電平脈沖間隙時，所述超級停止向所述VCSEL激光驅(qū)動電路供電，所述電源模塊向所述超級電容充電。
[0093]優(yōu)選地，所述開關(guān)電路包括一場效應(yīng)管，所述場效應(yīng)管控制所述電源模塊和所述VCSEL激光驅(qū)動電路與所述超級電容的通斷。
[0094]優(yōu)選地，所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用雙PffM輸出，以控制PffM脈沖下降沿的拖尾現(xiàn)象。
[0095]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，上述描述及附圖中所示的本發(fā)明的實施例只作為舉例而并不限制本發(fā)明。本發(fā)明的目的已經(jīng)完整并有效地實現(xiàn)。本發(fā)明的功能及結(jié)構(gòu)原理已在實施例中展示和說明，在沒有背離所述原理下，本發(fā)明的實施方式可以有任何變形或修改。
【主權(quán)項】
1.一種基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其特征在于，包括: 一 VCSEL激光驅(qū)動電路，用于驅(qū)動一 VCSEL激光器； 一儲能保護電路，用于存儲電能，提供所述VCSEL激光驅(qū)動電路驅(qū)動電能，所述儲能保護電路電連接于所述VCSEL激光驅(qū)動電路； 一微處理器單元，用于控制所述儲能保護電路和所述VCSEL激光驅(qū)動電路；和一電源模塊，用于提供電能于所述儲能保護單元和所述微處理器單元，其中所述電源模塊包括一 USB接口和一電源處理模塊，所述電源處理模塊電連接于所述USB接口。2.如權(quán)利要求1所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中所述儲能保護電路包括一儲能單元，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為低電平時，所述電源處理模塊向所述儲能單元充電。3.如權(quán)利要求2所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中，所述電源處理模塊電連接于所述儲能單元。4.如權(quán)利要求2所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中，所述電源處理模塊電連接于所述微處理器單元。5.如權(quán)利要求2所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出為高電平時，所述儲能單元向所述VCSEL激光驅(qū)動電路提供電能。6.如權(quán)利要求2所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中所述儲能保護電路包括一開關(guān)電路，所述開關(guān)電路控制所述電源處理模塊和所述VCSEL激光驅(qū)動電路與所述儲能單元的電路通斷。7.如權(quán)利要求2所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中所述儲能單元包括至少一超級電容器。8.如權(quán)利要求7所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中所述開關(guān)電路包括一場效應(yīng)管。9.如權(quán)利要求8所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，當(dāng)所述場效應(yīng)管控制所述VCSEL激光驅(qū)動電路和所述電源模塊與所述超級電容的通斷。10.如權(quán)利要求1至9中任一基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中所述VCSEL激光驅(qū)動電路包括一 DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊和一采樣反饋模塊，所述DC/DC轉(zhuǎn)換電源模塊用于轉(zhuǎn)換所述儲能單元輸入電源，所述采樣反饋模塊用于反饋信息于所述微處理器單J L ο11.如權(quán)利要求1至9中任一所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用PffM脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。12.如權(quán)利要求14至23任一所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，其中所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用雙PffM脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。13.如權(quán)利要求14至23中任一所述的基于USB供電的脈沖VCSEL激光驅(qū)動電路，進一步包括一 UART編程接口，連接于所述微處理器單元。14.一種VCSEL激光器驅(qū)動方法，其特征在于，包括如下步驟: (A)提供一電源模塊，一儲能保護電路，所述電源模塊向所述儲能保護電路充電； (B)提供一VCSEL激光驅(qū)動電路，所述儲能保護電路向所述VCSEL激光驅(qū)動電路供電；和 (C)所述VCSEL激光驅(qū)動電路脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。15.如權(quán)利要求14所述的VCSEL激光器驅(qū)動方法，其適用于USB供電方式。16.如權(quán)利要求15所述的VCSEL激光器驅(qū)動方法，所述步驟(A)中，所述電源模塊包括一 USB接口和一電源處理模塊，所述電源處理模塊電聯(lián)接于所述USB接口。17.如權(quán)利要求16所述的VCSEL激光器驅(qū)動方法，所述步驟㈧中，所述儲能保護電路包括一儲能單元和一開關(guān)電路，所述開關(guān)電路控制所述儲能單元和所述電源處理模塊的通斷。18.如權(quán)利要求17所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，其中，所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用脈沖驅(qū)動所述VCSEL激光器。19.如權(quán)利要求18所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，其中當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出脈沖為低電平時，所述電源處理模塊向所述儲能單元充電，當(dāng)所述VCSEL激光驅(qū)動電路輸出為高電平時，所述儲能單元向所述VCSEL激光驅(qū)動電路提供電能。20.如權(quán)利要求14至19中任一所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，其中所述儲能單元包括至少一超級電容器。21.如權(quán)利要求14至19中任一所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，其中所述開關(guān)電路包括一場效應(yīng)管。22.如權(quán)利要求14至19中任一所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，所述場效應(yīng)管控制所述VCSEL激光驅(qū)動電路和所述電源模塊與所述超級電容的通斷。23.如權(quán)利要求14至19中任一所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，其中所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用PWM脈沖驅(qū)動所述VCSEL陣列。24.如權(quán)利要求14至19中任一所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，其中所述VCSEL激光驅(qū)動電路采用雙PWM脈沖驅(qū)動所述VCSEL陣列。25.如權(quán)利要求24所述的VCSEL激光驅(qū)動方法，進一步包括步驟:通過UART編程接口修改所述PWM脈沖脈寬占空比。
【文檔編號】H01S5/042GK105990788SQ201510078530
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月13日
【發(fā)明人】周煥標(biāo), 周炳, 王宗澤
【申請人】寧波舜宇光電信息有限公司