一种关于提高光源性能的电路设计方法与流程

本发明涉及光源驱动电路的印刷电路板，尤其是涉及一种关于提高光源性能的电路设计方法。

背景技术：

光源驱动电路主要为深度相机、激光雷达、机器人等相关产品的光源部分提供足够的能量。目前大部分驱动电路在印刷电路板上存在着设计引线长、布局不合理的缺陷，从而导致电光转换效率低、上升时间长，以至无法实现窄脉宽输出。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种关于提高光源性能的电路设计方法，包括，

步骤一)，在pcb板上设置储能电路、二级驱动电路和电光源，将用于连接外界第一电源的第一电源接口依次连接电光源和二级驱动电路，还将第一电源接口连接储能电路，其中，将二级驱动电路和储能电路近距离设置摆放；第一电源用于分别为电光源和储能电路提供电能，二级驱动电路充当开关的作用，从而使得电光源点亮。在二级驱动电路的快速开关下，通过储能电路为电光源提供充足的电能，避免电光源变暗；其中二级驱动电路和储能电路摆放位置尽可能的接近，保证回流路径最短，从而可以有效的减小电路板上的感抗，使得二级驱动电路响应更快；

步骤二)，在pcb板上再设置一级驱动器预放大电路，将一级驱动器预放大电路的输出端连接二级驱动电路的信号输入端，在一级驱动器预放大电路的电压输入端口上设置用于连接外界第二电源的第二电源接口；通过一级驱动器预放大电路，将较弱的电流信号转换为大电流信号，从而快速的驱动二级驱动电路的打开，使得电光源快速得电，缩短二级驱动电路的栅源极和栅漏极电容的充放电时间。在板极感抗最小的情况下，驱动二级驱动电路快速开启，电光源快速得电，从而减少电流无效功率损耗，进而提高光电转换效率，减少上升时间。

作为优选，还包括以下步骤：

步骤三)，pcb板上位于储能电路和二级驱动电路部分，保留数个规格为via20/40的过孔；pcb板上设置过孔，有助于pcb板上下两侧的电路接通，储能电路和二级驱动电路部分电流较大，在该部分设置数个via20/40的过孔，可满足大电流的要求。

作为优选，还包括以下步骤：

步骤四)，连接第一电源接口和第二电源接口的线路采用铜皮，一级驱动器预放大电路的输出端与二级驱动电路的信号输入端之间连接线采用铜皮。由于一级驱动器预放大电路输出的电流较大，在该部分设置铜皮，可满足大电流通过。

作为优选，所述的储能电路为相互并联的电解电容c1、电容c2及电容c3。通过并联的电解电容c1、电容c2、电容c3，可满足快速充电的要求。由于电解电容c1、电容c2、电容c3在开始充电时，电路相当于短路，电路中的电流特别大，因此，电解电容c1、电容c2、电容c3上线路采用可通过大电流的铜皮，而需要设置过孔的地方，可设置多个过孔。

作为优选，所述的二级驱动电路采用mosfet功率管。和普通双极型晶体管相比，mosfet功率管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等特性。

作为优选，所述的一级驱动器预放大电路采用栅极驱动器。通过栅极驱动器为mosfet功率管提供大的电流，从而使得mosfet功率管u2的响应时间更快。

作为优选，栅极驱动器的vdd端连接第二电源，且在vdd端上设置相互并联的电容c4和电容c5。通过在栅极驱动器的输入电压端设置电容c4和电容c5，用于对输入的电压进行滤波。

作为优选，所述的栅极驱动器的outb端通过电阻r1连接mosfet功率管的栅极。通过设置电阻r1，可以减少电流，避免烧坏元器件。

作为优选，所述的mosfet功率管采用csd17579q3a芯片。csd17579q3a为n型mos管，具有低总栅极电荷(qg)、低栅极电荷(qgd)、低漏源导通电阻(rds(on))的特点，从而使得开关的反应更快，还有低热阻性，最大限度地降低功率转换应用中的损耗。

作为优选，所述的栅极驱动器采用ucc27525芯片。ucc27525芯片是双通道、高速、低侧栅极驱动器，此器件能够有效地驱动mosfet和绝缘栅极型功率管(igbt)电源开关。使用能够从内部大大降低击穿电流的设计，ucc2752x能够将高达5a拉电流和5a灌电流的高峰值电流脉传送到电容负载，此器件还具有轨到轨驱动能力和典型值为13ns的极小传播延迟。通过ucc27525型的栅极驱动器，可以有效的增加二级驱动器的响应时间。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本申请涉及一种关于提高光源性能的电路设计方法，有效提高光源光电转换效率，提升光源开关速度，减少上升时间，从而实现光源驱动电路窄脉宽输出；该设计方法所形成的电路可以应用于电子产品的任何光源驱动电路上。

附图说明

图1是本发明提高光源性能电路的布局图。

图2是本发明提高光源性能电路的原理图。

图3是本发明提高光源性能电路的电路图。

图4是本发明提高光源性能的电路的电流回流示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2、图3所示，一种关于提高光源性能的电路设计方法，包括，

步骤一)，在pcb板上设置储能电路cx、二级驱动电路和电光源ld，将用于连接外界第一电源v的第一电源接口依次连接电光源ld和二级驱动电路，还将第一电源接口连接储能电路cx，其中，将二级驱动电路和储能电路cx近距离设置摆放；第一电源v用于分别为电光源ld和储能电路cx提供电能，二级驱动电路充当开关的作用，当二级驱动电路的输入信号端有电压信号时，第一电源v和电光源ld组成回路导通，从而使得电光源ld点亮。在二级驱动电路的快速开关下，通过储能电路cx为电光源ld提供充足的电能，避免电光源ld变暗；其中二级驱动电路和储能电路cx摆放位置尽可能的接近，通过公式l＝2l*(in(2l/w)+0.5+0.2235*w/l)nh可知，走线l减少一半，感抗l也相应减少一半，w为走线宽度，当二级驱动电路和储能电路cx的走线最短时，保证回流路径最短，从而可以有效的减小电路板上的感抗；

步骤二)，在pcb板上再设置一级驱动器预放大电路，将一级驱动器预放大电路的输出端连接二级驱动电路的信号输入端，在一级驱动器预放大电路的电压输入端口上设置用于连接外界第二电源v1的第二电源接口；通过一级驱动器预放大电路，将较弱的电流信号转换为大电流信号，通过大电流信号给二级驱动电路的栅源极和栅漏极电容的充放电，从而快速的驱动二级驱动电路的打开，使得电光源ld快速得电；

在板极感抗最小的情况下，驱动二级驱动电路快速开启，电光源快速得电，从而减少电流无效功率损耗，进而提高光电转换效率，减少上升时间。

除上述步骤外，为满足大电流需求，本方法还包括以下步骤：

步骤三)，pcb板上位于储能电路cx和二级驱动电路部分，保留数个规格为via20/40的过孔；pcb板上设置过孔，有助于pcb板上下两侧的电路接通，当电流越大，过孔的直径也越大。因为过孔尺寸没用达到量化，而是采用某标准规格尺寸。为了达到满足大电流通过的要求，尤其储能电路cx和二级驱动电路部分电流较大，在该部分设置数个via20/40的过孔，可满足大电流的要求；

步骤四)，连接第一电源接口和第二电源接口的线路采用铜皮，一级驱动器预放大电路的输出端与二级驱动电路的信号输入端之间连接线采用铜皮。在本实施例中所说的铜皮是指宽铜皮，这个宽铜皮是根据极板感抗公式中的长度和宽度关系来进行选型，符合条件宽度的铜皮可以减少板极感抗。由于一级驱动器预放大电路输出的电流较大，在该部分设置铜皮，可满足大电流通过。

本实施例中，如图3所示，所述的储能电路为相互并联的电解电容c1、电容c2及电容c3。通过并联的电解电容c1、电容c2及电容c3，可满足快速充电的要求。由于电解电容c1、电容c2及电容c3在开始充电时，电路相当于短路，电路中的电流特别大，因此，电解电容c1、电容c2及电容c3上线路采用可通过大电流的铜皮，而在需要设置过孔的地方，可设置多个过孔。

本实施例中，如图3所示，所述的二级驱动电路采用mosfet功率管u2。和普通双极型晶体管相比，mosfet功率管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等特性。

本实施例中，如图3所示，所述的mosfet功率管u2采用n型mosfet功率管。具有开关速度快、耐压高、过电流大的特点。

本实施例中，如图3所示，所述的一级驱动器预放大电路采用栅极驱动器u1。一般情况下，在mosfet功率管u2的栅极接上的电压只需高于一定的值，漏极和源极即可实现电流导通，但由于栅极分别和漏极、源极上存在寄生电容，在mosfet功率管u2驱动时，需要先对寄生电容进行充电，因此，mosfet功率管u2的打开需要一定的时间，根据公式q＝i*t可知，在电容容量q数值固定，充电电流越小，充电时间越长。因此，通过栅极驱动器u1为mosfet功率管u2提供大的电流，从而使得mosfet功率管u2的响应时间更快。

本实施例中，如图3所示，栅极驱动器u1的vdd端连接第二电源，且在vdd端上设置相互并联的电容c4和电容c5。通过在栅极驱动器u1的输入电压端设置电容c4和电容c5，用于对输入的电压进行滤波。

本实施例中，如图3所示，所述的栅极驱动器u1的outb端通过电阻r1连接mosfet功率管的栅极。在栅极驱动器u1与mosfet功率管之间设置保护电阻r1，避免过流烧坏栅极驱动器u1、mosfet功率管及其之间的线路。因为mosfet功率管u2的栅极分别和漏极、源极上存在寄生电容，当驱动mosfet功率管u2时，首先给寄生电容充电，此时相当于短路状态，电路中的电流很大，通过设置电阻r1，可以减少电流，避免烧坏元器件。

本实施例中，如图3所示，所述的mosfet功率管的漏极依次连接电光源ld1和第一电源。

如图3、图4所示，当栅极驱动器u1信号输入端input输入控制信号时，输出端outb输出高电流，从而先给mosfet功率管u2的栅漏极电容cgd和栅源极cgs充电，然后控制mosfet功率管u2的打开。第一电源v与储能电路cx构成回路，首先给储能电路cx充电。然后，第一电源v、电光源ld、mosfet功率管u2构成通路，使得漏源极电容cds充电，然后同时电光源ld工作。

在本实施例中，栅极驱动器u1采用ucc27525芯片，mosfet功率管u2采用csd17579q3a。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。