用于产生具有短脉冲持续时间的光脉冲的光源以及利用光源产生短光脉冲的方法与流程
本发明涉及一种用于产生具有纳秒范围内的短脉冲持续时间的光脉冲的光源，特别是用于车辆的光源。所述光源包括用于产生光脉冲的发光二极管和用于对所述发光二极管进行控制和供电的推挽电路。本发明还涉及一种借助发光二极管和推挽电路产生短光脉冲的方法。
背景技术：
在汽车技术领域，对驾驶员的辅助变得越来越重要。辅助范围从驾驶辅助系统到车辆的自动驾驶。为此，使用用于光学距离和速度测量的系统。lidar(激光雷达)系统(lightdetectionandranging光探测和测距)扮演重要角色，其过程与雷达测量的过程相似，但使用的是激光束或其他光源。未来，lidar系统将在改进的驾驶辅助系统(advanceddriverassistancesystems，adas高级驾驶辅助系统)和自动驾驶中扮演更加重要的角色。现行对功能安全性的严格要求需要可靠且灵敏的系统，以便在极端情况下也能做出正确的决定。因此，在许多应用领域中，这些系统需要非常短的光脉冲。为此，通常采用昂贵的激光二极管，以便实现脉冲持续时间小于约10ns的脉冲。这类脉冲光源的主要应用是例如在所谓的闪光激光雷达(flash-lidar)中所使用的用于距离测定的飞行时间测量。
因测量信息包含于脉冲的边沿，所以脉冲长度的缩短等同于效率的提高。这可以直接转换为性能的提升。但是，特别是对具有大的探测范围的lidar系统而言，系统性能受到光源的允许发射功率的限制。因此，对于系统性能而言，高效的光源至少与灵敏的传感器同样重要。
常规的lidar系统通常使用受反射镜引导的可偏转激光束。但其所使用的激光就在建立具有大的探测范围的系统而言存在高能量密度的问题。能量密度高的激光可能会伤害眼睛，因而其光功率受法律规定的限制。
目前用于闪光lidar系统的是专用的红外脉冲源。这些红外脉冲源在其探测距离和灵敏度方面受到法律限制的发射功率的限制，以确保人眼安全。
基于预定的边界条件，具有短光脉冲的脉冲光源对于飞行时间测量的重要性有所提高，而飞行时间测量对于距离测定或间距测定而言是必要的。飞行时间测量的效率还取决于脉冲长度。脉冲长度的缩短会提高效率，因为在平均光功率不变的情况下可以实现更大的探测范围。
在汽车领域中，现有技术中已知的lidar系统通常利用专用的光源制造。由于接受度的原因，所使用的光源限制在不可见光的波长范围内，同时必须满足由车辆中的可用结构空间规定的小尺寸要求。考虑到为避免伤害眼睛而设定的辐射功率极限值，，这两个限制对最大发射功率以及系统性能均起产生减小和降低的影响。
因此，存在比较大的增大有效范围的需要。这尤其可以借助脉冲光源来实现。在本发明范围内已认识到，关键问题在于发光二极管、led(发光二极管)或激光二极管的光脉冲的生成，这些光脉冲具有陡峭的边沿，即具有陡峭的上升沿和陡峭的下降沿。上升沿反映二极管的打开，下降沿反映二极管的关断。
在现有技术中，led脉冲由可通断的电流源或电压源来产生。由此实现的光脉冲的上升和下降时间通常处于10ns的数量级。对常规的发光二极管和激光二极管而言，该限制由阻挡层电容的重载连同二极管及其连接的寄生元件引起的。
ep0470780a1描述了一种用于改进led的脉冲波形、特别是上升沿的装置。其中，在一个h形桥路中将四个双极晶体管互相连接，以便操作发光二极管、led。所揭露的电路必须沿阻断方向具有两个电阻，以便限制两个h桥中的因使用而出现的交叉电流。由此限制电路的关断行为。此外，所提出的电路必须包括电流源，这个电流源要求在电路中集成至少另一个电流源晶体管。因此，所示电路不使用电压供电，而是由现有的电流源进行电流供电。但是，在将电路集成到集成式微电子电路中时，额外的电流源会在芯片上产生额外的空间需求。在第一半桥的第一高侧晶体管被关断，第二半桥的第二高侧晶体管被关断并且同时第一半桥的第一低侧晶体管被接通，而第二半桥的第二低侧晶体管则被关断时，led在关断状态下操作。也就是说，发光二极管仅借助其阳极通过第一半桥的第一低侧晶体管与电流源连接。这一点在ep0470780a1的图1中被示出。在此状态下，led的阴极未布线，因此，led在关断状态下不与能量源连接。为了产生尽可能短的光脉冲，在接通第一高侧晶体管和两个低侧晶体管之后不久，以延迟时间τ接通这个第二高侧晶体管，进而接收电流源的电流的一部分。仅通过第一低侧晶体管来关断led。但是，″消除电流″受到电流源的限制。只能以通过电流源而确定的时间t＝qled/i电流源＝cledxuled/i电流源来关断led。在此情况下，放电过程也会受到电阻的阻碍。这样就延长了放电时间。虽然该电路适于引起光功率的特别急剧的增大。由于上述寄生效应，借助这个电路却无法实现led的短光脉冲或陡峭的关断边沿。
文档wesen，
ep2761978b1示出了用于控制具有不同颜色和极性的led发光器材的h形桥路。但在此使用极性反转来选择不同的颜色。这个装置却不适于发射短光脉冲。
ep0762651a2描述了借助一开始较高的电流来接通led，这个电流高于随后有所降低的工作电流。这样就实现了光脉冲的陡峭的接通边沿。
de102016116718a1描述了一种用于led灯的调光电路。
光脉冲源与tof摄像机(飞行时间摄像机)的组合例如由de102014105482a1已知。
jps587941还描述了一种具有驱动器电路的用于短光脉冲的光源，其中，首先产生一个正的接通脉冲，然后产生一个用于关断led的负的电压脉冲。
wo2016/187566描述了一种用于激光二极管或led的双极控制电路，这个控制电路提供两个具有不同极性和不同值的且时间互相接替的脉冲，以便在激光二极管或led中产生脉冲持续时间在100皮秒至2纳秒范围内的超短光脉冲。
us9,681,514b1和us9,603,210b1分别描述了用于接通led或发光二极管的控制电路，其中us9,681,514b1揭露了一种用于对光源进行调光的推挽控制电路，其中，借助正供给电压线和负供给电压线的电能来操作这个推挽电路的输出端。
现有技术中已知的公开案主要涉及实现具有尽可能短的上升时间的光脉冲的问题。这些公开案并未解决如何能在具有大的固有电容的发光二极管中产生整体上非常短的光脉冲以及如何应对在关断面积和电容方面通常都非常大的照明器材led时出现的难题的问题。
在现有技术中，也非常需要一种有所改进且更可靠的测量系统，特别是lidar系统。为了增大有效范围或实现暗对象的可视性，必须提高系统的灵敏度。原则上，这一点可以通过光敏传感器或者通过有所改进的发射器(发射二极管)或者通过增大的发射功率来实现。而如今的传感器已在接近物理极限和技术可能性的情况下操作。与此相反，传输功率受法律限制，以便保护系统附近的人员。因此，非常需要一种用于测量系统、特别是lidar系统的有所改进的发射二极管。
技术实现要素：
该问题的解决方案基于以下认识：主要目的是优化用作发射二极管或光源的、发射的发光二极管。在此情况下，本发明的一个方面涉及产生尽可能陡边的具有短的上升时间和下降时间的光脉冲。本发明的另一方面不仅涉及产生陡峭的光脉冲，而且还涉及不具有脉宽的缓慢上升时间或下降时间的特别短的光脉冲。一般而言，在常规的发光二极管中，发光二极管的寄生效应通常引起更长的上升时间和下降时间。这对用于车辆技术的发光二极管而言尤其如此，特别是在发光二极管也用于照明目的时。
上述问题由一种具有权利要求1的特征的光源以及一种具有权利要求16的特征的方法解决。
所提出的技术解决方案大幅缩短了led光脉冲的上升时间和下降时间，因而能够产生极短的光脉冲，所述光脉冲的脉冲持续时间为几纳秒，优选地小于2纳秒。特别是能够大幅缩短光脉冲的关断时间。这样就能在闪光lidar系统等应用中高效且高功率地使用发光二极管(led)。在许多情形下，可以用led(发光二极管)来代替昂贵的激光二极管。
根据本发明，用于产生具有纳秒范围内的短脉冲持续时间的光脉冲的光源包括用于产生光脉冲的发光二极管和用于对所述发光二极管进行控制和供电的推挽电路。优选地可以将所述光源用在车辆中，例如以便作为用于对象识别和距离测量的lidar系统的一部分来使用。
根据本发明，所述光源的发光二极管具有与所述推挽电路的输出端口连接的第一接头。所述发光二极管的第二接头与中心电位线连接，所述中心电位线优选地可以是系统接地。
所述推挽电路具有第一输入端口，所述第一输入端口与第一供给电压线及其电位连接。所述推挽电路的第二输入端口与第二供电线路及其电位连接，其中所述第二供电线路优选地提供负电位。所述中心电位线(gnd)的电位处于所述第一供电线路的电位与所述第二供电线路的电位之间。
所述推挽电路可被切换至第一状态，在所述第一状态下，所述第一供电线路的正电能存在于所述输出端口上。在所述推挽电路的第二状态下，所述第二供电线路的负电能存在于所述输出端口上。所述推挽电路可以在所述第一状态和所述第二状态之间来回切换。
在所述推挽电路切换至第一状态并且随后正电能存在于输出端口上时，所述发光二极管发射电磁辐射，例如以可见光或不可见光的形式或者处于红外区域内。在此情况下，在发光二极管的第一接头上具有正电位，该正电位大于与所述发光二极管的第二接头连接的中心电位线的电位。
根据本发明，所述光源构建使得所述中心电位线的电位与所述第一供电线路的电位之间的差值小于所述中心电位线的电位与所述第二供电线路的电位之间的差值。也就是说，在第一状态下存在于发光二极管(led)的第一接头上的正电压的绝对值大于在第二状态下存在于这个发光二极管的第一接头上的负电压的绝对值。
led在推挽电路的第一状态下被接通以使得在发光二极管中积累电荷载流子，而在推挽电路的第二状态下，在发光二极管的第一接头上存在负电压。通过在发光二极管上施加阻断方向的反向电压，无需在关断时通过″辐射复合″来消除存储在led中的电荷，而是主要通过借助所施加的反向场进行″抽吸″来消除电荷。这样便从led的空间电荷区去除电荷载流子。在发光二极管的第一接头上的负电压的存在使得发光二极管非常快速地关断。最后，在led中由此产生具有特别陡峭的边沿的关断脉冲。在测量系统中，发光二极管的光脉冲的大关断边沿带来大的带宽和相应高的分辨率。这样就也能总体上缩短led的发光脉冲或光脉冲，因为该发光脉冲的上升时间和下降时间都非常短并且优选地均短于1ns。因此，根据本发明的光源特别适合用于车辆。
如例如在ep0470780a1中所描述的那样，根据本发明的推挽电路不具有内部电流源，因此，也不会出现因电流源引起的寄生效应和边界条件。这个电路仅受电压控制，而不受电流控制，因而能够实现更短的关断时间，进而在关断时实现更陡峭的边沿。
与在发光二极管上施加反向电压会大幅缩短使用寿命的一般技术理念相反，本发明恰好利用反向电压的施加。在此情况下，已认识到的是，反向电压的绝对值(第二供电线路与中间电位线之间的电位差)可以更大并且应当大于″正向电压″(工作电压)的绝对值。这也与普遍认可的专业意见相反。
在本发明中，已认识到的是，反向电压可以采用例如相当于发光二极管的正向电压的值的两倍或三倍的值。优选地也可以采用数值更高的阻断电压，例如是正向电压的值的五倍、十倍或二十倍的值。在质量管理细致的情况下，甚至可以将正向电压的五十倍的反向电压施加到发光二极管上而不损坏后者。在本发明中，已测试了发光二极管上的这类反向电压或消除电压，其中这些消除电压处于20v至40v的范围内，甚至高达60v，而就具有几个发光二极管的串联电路而言，正向电压约为1.2v。
因此，根据本发明的光源特别适于作为lidar系统的光发射器。快速关断的效应以及与此有关的陡峭关断边沿奠定了这个系统的特别大的带宽。这使得分辨率较高并且测量系统的有效范围较大。
根据本发明的光源及其优点尤其在用于照明目的的发光二极管(所谓的照明发光二极管或照明led)中得到体现。单频激光二极管会发射相干辐射并且在关断高受激发射后，阻挡层中的电荷载流子密度会迅速下降，而在采用照明led的情况下，在关断时，阻挡层首先基本上会维持其状态，因为受激发射非常低。因此，照明led会继续发光很长时间，无论如何远长于激光二极管。最后，对照明发光二极管朝着长时间继续发光的目标进行开发，以便实现因脉宽调制控制(pwm)而引起的闪烁感知的最小化。就此而言，对激光二极管和信号传输二极管(信号传输发光二极管)的要求与照明led相反。因此，照明led与更快速的信号传输二极管相比更缓慢，这些信号传输二极管具有明显更小的阻挡层电容。
激光二极管的阻挡层电容处于约50pf的范围内。与此相反，照明发光二极管的阻挡层电容约为其数倍，通常在几纳法拉，特别是10nf到100nf的范围内。
现有技术中已知的照明led通常是荧光led。在此，由紫外led照射荧光层。但无法对这些led进行调制，因为荧光层会继续发光。因此，前照灯通常使用rdg-led，这类rdg-led中用三色led来代替白色荧光层，这些三色led的原色会自主混合成白光。
因为照明led优选地以发射漫射光为优点，所以优选地单独对各个led进行控制和同步，特别是在关断过程中，当负电压存在于发光二极管的第一接头上时。
在一个优选的实施方式中，所述光源包括三个优选地各具有一个不同的颜色的发光二极管以及三个驱动电路(推挽电路)，从而由推挽电路来控制每个led。控制和同步优选地由操控led的控制输入的控制单元来执行。
施加与工作电压相比绝对值更大的反向电压致使快速清空发光二极管的空间电荷区，特别是在照明led中。二极管的阻挡层电容会快速地被清空。这个效应在具有高固有电容和惯性的发光二极管中尤其明显。在本发明的一个优选的实施方式中，不仅将所述发光二极管用作测量系统中的辐射源或发射器，而且同时还将所述发光二极管用于照明目的，例如用作前照灯或车辆前照灯。这些发光二极管具有很大的惯性和固有电容，使得根据本发明的电路更加有效。光源的惯性通过利用推挽电路控制发光二极管得到克服。
为了同时还可以将发光二极管用作测量系统的发射二极管以及用作车辆中的照明器材或前照灯，所述发光二极管的第一接头优选地通过第三开关与第三供给电压连接。在此情况下，可以从第三供电线路对所述发光二极管进行供电，其中所述第三供电线路也具有正电位，即在所述第一接头上存在正电压。这样一来，这个发光二极管就能用于照明目的。第三供电线路的电压电位可相应选择。因此，第三供电线路的电位可以与其他供电线路的电位无关，其中所述第一供电线路的电位和所述第二供电线路的电位可以彼此有所不同。优选地可以将推挽电路切换至第三状态，在这个第三状态下，这个推挽电路的输出端口与第一供电线路和第二供电线路分离。优选地，在光源用于照明目的时，进行上述操作。
因此，优选的是，在发光二极管用于测量系统的脉冲工作模式和用于照明目的的接通时间为至少1s的连续工作模式之间来回切换。在用于汽车时，将光源用作前照灯。在借助测量系统(例如lidar系统)进行测量时，已接通的前照灯总是会关断。该关断通常在小于或等于1ms的时间段内，优选地在微秒范围内，尤其优选地在小于1μs的范围内完成。在第三供电线路与发光二极管分离的关断时间内，将发光二极管切换至脉冲工作模式，在该脉冲工作模式下，推挽电路不在第三状态下工作。首先将推挽电路切换至第一状态，从而再次接通发光二极管。然后将推挽电路切换至第二状态，从而关断发光二极管。此时，发光二极管的阻断电容被清空，即电荷载流子被释放出空间电荷区。如上所述，由此将产生陡峭的关断边沿以关断发光二极管。然后再次将发光二极管切换至照明模式。因为会在小于1ms的时间长度内关断发光二极管的照明模式，所以人眼无法看见。用户无法识别从照明模式到测量模式的转换。因此，在将光源用作车辆前照灯时没有任何限制。
在本发明中也已认识到的是，对反向电压或消除电压存在于发光二极管上的时间长度进行调谐是重要的。如果在空间电荷区被清空(阻挡层电容被清空)后仍然存在反向电压，则会损坏或破坏发光二极管。已认识到的是，推挽电路切换至第二状态的时间长度必须被限定。
在所述光源的一个优选的实施方式中，所述光源具有电流监测电路，在所述推挽电路切换至第二状态时，借助所述电流监测电路对出现在所述发光二极管上的放电电流进行监测。优选地，在所述放电电流低于预定的电流极限值时，减小存在于所述发光二极管的第一接头上的反向电压。在此情况下，优选地将所述反向电压减小至预定的连续阻断电压值。这是发光二极管在阻断模式下工作时不会受到损坏的电压值。特别优选地将所述发光二极管上的反向电压减小至低于所述预定的连续阻断电压值。所述连续阻断电压值与所使用的发光二极管有关并且是已知的或者可以通过简单的测量测定。
在一个同样为优选的实施方式中，所述光源包括电压监测单元，在所述推挽电路切换至第二状态时，所述电压监测单元对存在于所述发光二极管的阻断电压或反向电压进行监测。阻挡层电容的放电优选地借助前置电阻两端的升高的电压完成，该前置电阻可以由放电电压源的内阻组成。如果阻挡层电容尚未放电，则该阻挡层电容会使二极管上的电压短路。随着放电电流减小，电压有所增大。当发光二极管上的电压超过预定的电压极限值时，反向电压被降低，例如降低至低于预定的连续阻断电压值，优选地降低至零。作为替代性方案，同样优选地可以将所述光源的第二供给电压与所述推挽电路的输出端口分离，从而在发光二极管上不再存在任何在阻断方向上的电压。
在另一优选的实施方式中，限制所述推挽电路切换至第二状态的时间长度。在可预定的时间点结束第二状态，使得该地二状态仅在预定的时间长度内存在。在包括所有电路元件的所有寄生参数在内的的光源的精确设定都预先知道的情况下，可以测定或计算这个时间点。也就是说，，关断时间点基本上对应于上述两个时间点，即当放电电流低于电流极限值时或者消除电压超过电压极限值时。
在预定的时间长度后关断所述推挽电路的第二状态，所述预定的时间长度优选地最多为2ns。所述时间长度特别优选地最多为1ns，进一步优选地最多为0.5ns。对于光源的一些配置，预定的时间点最多为0.2ns，尤其优选地最多为0.1ns。但这个预定的时间点也可以更短，例如最多为0.05ns。特别是在第二状态的切换时间短的情况下，在测量模式下总体上能够实现非常短的光脉冲，因为关断时间也很短，因此发光二极管的关断边沿非常陡峭，所述短的切换时间致使发光二极管的阻挡层电容非常快速地得到清空。
在本发明中，已认识到的是，在施加阻断电压(反向电压)或消除电压之后，即在将推挽电路切换至第二状态之后，这些电压需要再次被″标准化″，以便避免发光二极管的空间电荷区中的雪崩效应。因此，推挽电路优选地可以切换至第三状态，在这个第三状态下，输出端口与两条供电线路分离。所述推挽电路的输出端口与两个供电线路分离的第三状态被称为三态状态。
在一个优选的实施方式中，所述光源具有包括第四开关的短路线路。所述短路线路将所述发光二极管的第一接头与所述发光二极管的第二接头连接，以便在该开关闭合时使所述发光二极管短路。但只有在这个推挽电路先前已切换至其第三状态时，才会使发光二极管短路。
在另一优选的实施方式中，所述光源包括测量单元或电压监测单元，其在所述推挽电路切换至第三状态时测量存在于所述发光二极管上的开路电压。优选地在所述推挽电路离开第二状态时，即当发光二极管的第一接头上不再存在负电压时，测量该开路电压。
特别优选地在两个控制脉冲之间测量所述发光二极管上的开路电压。即在发光二极管不再切换至第二状态并且尚未为了下一测量脉冲切换至第一状态时进行测量。
在理想情况下，在推挽电路离开第二状态并且发光二极管的第一接头与两条供电线路分离时，所述发光二极管上的开路电压为零，这相当于推挽电路的第三状态。发光二极管的空间电荷区此时被完全清空。如果这个空间电荷区仍包含电荷，则开路电压不为零。这以后，该开路电压将通过对推挽电路的输出端口处以及发光二极管的第一接头处的负开关脉冲进行调整来调节。
在一个优选的实施方式中，优选地通过对充电或放电脉冲(led的第一接头上的正电压脉冲或负电压脉冲)进行微调或精调，将所述开路电压调节为零或调节至实际上可忽略不计的值。例如可以通过对控制脉冲的脉冲持续时间和/或边沿陡度进行调整或者通过改变控制脉冲的电压水平(例如通过使用电荷泵或另一优选可调节的增压单元)来实现上述调节。可以借助调节器或调节单元来实施这个调节。
作为替代性方案，同样优选的是，可以移动或改变所述中心电位，即所述中心电位线的电位。
在一个特别优选的实施方式中，所述推挽电路切换至第一状态的切换时间最多为0.5ns。所述切换时间特别优选地最多为0.2ns，进一步优选地最多为0.1ns，特别优选地为0.05ns。这样就能实现发光二极管所发射的光脉冲的特别陡峭的上升。这也是由发光二极管发射尽可能短的光脉冲的前提。
在所述光源的一个优选的实施方式中，所述发光二极管以电磁辐射发射纳秒范围内的短光脉冲。所产生的光脉冲的脉冲持续时间最多为1ns。所述光脉冲的脉冲持续时间优选地最多为0.7ns。进一步优选地，所述发光二极管所发射的光脉冲的脉冲持续时间最多为0.5ns，进一步优选地最多为0.3ns，尤其优选地最多为0.1ns。这会引起陡峭且极短的光脉冲，其对于lidar系统而言是足够的。因为这个脉冲持续时间如此短，所以光脉冲的高度可以非常高，因为仅整个能量含量，即发射功率，受限于特定的极限值。因此，借助根据本发明的光源能够实现具有特别大的有效范围的lidar系统。这个有效范围是常规有效范围的两倍，在脉冲持续时间非常短的情况下，这个有效范围是常规有效范围五倍至十倍。在采用极窄的脉冲的情况下，还可以实现更大的有效范围。
在一个优选的实施方式中，所述光源在所述第一或第二供电线路中的一条与所述输出端口之间具有电荷泵，从而增大相应供电线路的电位。这个电荷泵(chargepump)增大第一或第二供电线路的电位值。视电荷泵的具体实施方式而定，可以实现电压翻倍或多倍倍增。转换电压的极性也可以想象。当然，也可以采用其他直流电压转换器。这个电荷泵优选地布置在各供电线路与各线束中的开关元件之间，使得该电荷泵中的电容对用于控制发光二极管的信号波形没有影响或只有可忽略不计的影响。
在将电荷泵用于光源中时，这些电荷泵的输出端之间具有大于这两个供给电压(第一供电线路和第二供电线路)之间的电位差的电位差。
本发明用以达成上述目的的解决方案还在于一种借助发光二极管产生光脉冲的方法，其中优选地可以将所述发光二极管用于车辆中。所述方法包括提供具有用于产生所述光脉冲的发光二极管以及用于对所述发光二极管进行控制和供电的推挽电路的光源，所述发光二极管具有第一接头和第二接头。所述发光二极管的第一接头与所述推挽电路的输出端口连接。所述发光二极管的第二接头与中心电位线连接。根据本发明，将所述推挽电路切换至第一状态，在所述第一状态下，所述推挽电路的输出端口与第一供电线路连接，进而对所述发光二极管进行供电。所述第一供电线路的电位为正并且大于所述中心电位线的电位。
根据所述方法的另一步骤，所述推挽电路在第一时间段内停留在第一状态下。所述第一时间段通常最多为1ns，优选地最多为0.2ns。
在另一步骤中，将所述推挽电路从第一状态切换至第二状态，在所述第二状态下，所述推挽电路的输出端口与第二供电线路连接。该输出端口与第一供电线路的连接被断开。所述第二供电线路的电位为负并且小于所述中心电位线的电位。在另一步骤中，所述推挽电路在第二时间段内停留在第二状态下，所述第二时间段同样优选地最多为1ns，优选地最多为0.5ns。所述第二时间长度相当于直至放电电流不低于预定的电流极限值或者发光二极管上的反向电压不超过预定的电压极限值为止的时间。所述第二时间长度也可以等于预定值，在知道整个配置的所有寄生参数的情况下，可以测定或计算该预定值。
在此情况下，所述光源以某种方式构建和设置，使得中心电位线的电位与第一供电线路的电位之间的差值小于中心电位线的电位与第二供电线路的电位之间的差值。换句话说，以某种方式切换所述光源，使得施加在发光二极管上的反向电压或消除电压大于发光二极管的工作电压，优选地大很多倍。
在一个优选的实施方式中，以某种方式选择所述方法的第一和第二时间段，使得所述发光二极管发射光脉冲，所述光脉冲的脉冲持续时间最多为1.5ns，优选地最多为1.0ns。进一步优选地，所述发光二极管的光脉冲的脉冲持续时间最多为0.7ns，优选地最多为0.5ns，进一步优选地最多为0.2ns，特别优选地最多为0.1ns。其目的是利用该光源的发光二极管产生符合测量系统的要求的这么短光脉冲。
在根据本发明的方法的另一优选的实施方式中，执行以下步骤：将所述推挽电路切换至第三状态，在所述第三状态下，两条供电线路均与所述输出端口分离。在另一步骤中，完成第三开关的闭合，所述第三开关将所述发光二极管的第一接头与第三供电线路连接，其中所述第三供电线路的电位为正。由此完成所述发光二极管的用于照明目的的电磁辐射的发射。因此，所述发光二极管或所述光源特别是可以用于照明目的，例如用作车辆的前照灯。第三供电线路的电位可以与其他电位线的电位有所不同。
在所述方法的一个同样优选的实施方式中，将所述推挽电路切换至其第三状态，在所述第三状态下，两条供电线路均与所述输出端口分离。在另一步骤中完成第四开关的闭合，所述第四开关闭合位于所述发光二极管的第一接头与所述发光二极管的第二接头之间的短路线路，进而使所述发光二极管短路。
当然，第三开关和第四开关不得同时均被闭合，这对于本领域技术人员而言是完全清楚的。根据本发明的光源的控制装置相应构建。
优选地通过将输出端口与供电线路分离而将所述推挽电路切换至第三状态。根据本发明，所述分离通过打开该推挽电路的开关元件来完成。
所述方法优选地具有以下步骤：在所述推挽电路切换至所述第二状态时，对出现在所述发光二极管上的放电电流进行监测；识别出低于预定的电流极限值；减小存在于所述发光二极管的第一接头上的电压，优选地减小至预定的连续阻断电压值，特别优选地减小至低于所述预定的连续阻断电压值的电压值。
所述方法同样优选地可以具有以下步骤：在所述推挽电路切换至所述第二状态时，对存在于所述发光二极管上的电压进行监测；识别出超过预定的电压极限值；减小存在于所述发光二极管的第一接头上的电压，优选地减小至预定的连续阻断电压值，特别优选地减小至低于所述预定的连续阻断电压值的电压值；或者将所述第二供给电压与所述推挽电路的输出端口分离。
在所述方法的一个优选的实施方式中，将测量装置用于测量所述发光二极管的开路电压。在一个步骤中，在所述推挽电路离开第二状态并且尚未(再次)进入第一状态时，测量所述发光二极管上的开路电压。所述推挽电路优选地切换至第三状态，在所述第三状态下，该推挽电路的开关元件或晶体管阻断并且这些供电线路优选地均不与发光二极管连接。
所述方法优选地包括另一步骤：在所述推挽电路切换至第一状态和/或切换至第二状态时，优选地借助调节器对所述发光二极管的第一接头上的电压进行调整，可选地直至所述发光二极管上的开路电压等于零。优选地通过改变这个推挽电路的输出端口上的电压，特别优选地通过使用电荷泵，完成所述调整。
在另一优选的步骤中，在所述推挽电路的第二状态下完成所述控制脉冲的调整，优选地通过改变施加在发光二极管的第一接头上的控制脉冲的边沿陡度或脉冲持续时间。
为了全面和清楚起见，要指出的是，在向发光二极管供应正电能时，所述发光二极管发射电磁辐射。虽然理论上正确的是，当led在阻断方向上施加偏压时也会发射少量电磁辐射。然而，不予考虑这一仅属于理论层面的观点却，即发光二极管在此被认为是理想的，即该发光二极管在通电时仅沿一个方向发射光，这符合实际情况。
附图说明
下面参照附图结合所选的若干实施例对本发明进行详细说明。其中：
图1为根据本发明的光源的第一实施方式；
图2为根据本发明的光源的第二实施方式；
图3为根据本发明的光源的第三实施方式；
图4为根据本发明的具有电荷泵的光源的第四实施方式；
图5为根据本发明的光源的另一实施方式；以及
图6为与具有其他接口连接的两个led相比，流过根据本发明的光源的led的电流的模拟。
具体实施方式
图1示出根据本发明的具有推挽电路2和发光二极管3的光源。推挽电路2用于对发光二极管3进行控制和供电。
这个发光二极管具有第一接头10，这个第一接头是阳极。发光二极管3的第二接头12构成阴极。发光二极管3的第一接头10与推挽电路2的输出端口20连接。第二接头12与中心电位线14连接，中心电位线也被称为地线(gnd)。中心电位线14优选地是系统接地。
推挽电路2具有第一输入端口22和第二输入端口24。推挽电路2具有两个开关元件26。位于第一输入端口22与输出端口20之间的开关元件26是第一晶体管28。位于输出端口20与第二输入端口24之间的开关元件26是第二晶体管30。所述两个晶体管28、30分别通过控制接头32和34进行控制。控制接头由用于控制光源1的控制单元36对进行控制。当然，与在此借助两个晶体管28和30实现的电路相反，也可以使用功能相同的多个电子器件的更复杂的线路。
可以借助第一控制电极38通过第一控制接头32将推挽电路2的第一晶体管28切换至第一或第二状态。在第一晶体管28的第一状态下，推挽电路的第一输入端口22以比在第二状态下电阻更低的方式与输出端口20连接。这一第一晶体管28被接通的低电阻状态被称为接通状态。在此情况下，第一输入端口22与第一供电线路42连接。第一供电线路42的电位(也被称为vcc)为正，使得正电压存在于发光二极管3的阳极(第一接头10)上并且发光二极管3以光(可见或不可见)或红外辐射或紫外辐射的形式发出电磁辐射。
当第一控制电极38对第一晶体管28进行高电阻切换时，即以至少比在第一状态下更高的电阻进行切换时，达到第一晶体管28的第二状态，该第二状态被称为关断状态。然后，第一供电线路42与推挽电路2的输出端口20分离，至少以某种方式高电阻地分离，使得发光二极管3不发光并且不发射或仅发出实际上可忽略不计的电磁辐射。
也可以由控制单元36通过第二控制接头34和第二控制电极40将第二晶体管30切换至低电阻的接通状态或高电阻的关断状态。在接通状态下，第二晶体管比在关断状态下电阻更低，使得输出端口20通过第二输入端口24与第二供电线路44连接。第二供电线路44也被称为(-vcc)，其电位低于第一供电线路42的电位。第二供电线路44的电位优选地为负。中心电位线14的电位处于第一供电线路42的电位和第二供电线路44的电位之间。
在关断状态下，第二供电线路44通过低电阻切换的第二晶体管30与输出端口20连接，使得发光二极管3的第一接头10(阳极)上存在负电位。因此，发光二极管3在阻断方向上操作。
在推挽电路2的第一状态下，第一晶体管28是低电阻的，而第二晶体管30则切换为高电阻。这一点通过控制单元36实现，该控制单元可以是光源1的一部分或者是独立的部件。在推挽电路2的第一状态下，发光二极管3发出电磁辐射。
在推挽电路的第二状态下，第二晶体管30切换为低电阻，同时，第一晶体管28切换为高电阻。在此情况下，发光二极管3的阳极上存在第二供电线路44的负电位。发光二极管3在阻断方向上操作，以便清空发光二极管3的阻断电容中的电荷。
在推挽电路2的第三状态下，两个晶体管28和30均切换至高电阻，从而不与两条供电线路42、44中的任何一条连接。为了解决发光二极管3的会引起发光二极管3的发光脉冲的大的惯性的二极管电容大的问题，本发明提出，第一供电线路42的电位与中心电位线14的中心电位之间的电位差值小于第二供电线路44的电位与中心电位线14的中心电位之间的电位差值。这一条件与现有技术中待发现的陈述相矛盾，即较高的反向电压会缩短使用寿命且因此应避免使用。
仅能在特定的时间长度内将推挽电路2切换至第二状态，在这个第二状态下，第二供给电压44的电位存在于发光二极管3的第一接头10上。一旦发光二极管3的空间电荷区或阻挡层电容被清空，即在空间电荷区中不再有任何自由的电荷载流子，则必须结束推挽电路2的第二状态。为此，例如可以测量发光二极管3中的放电电流或跨越发光二极管3的电压。如果光源1的布线的所有参数和寄生参数均已知，则可以测定用于在第二状态下操作推挽电路2的时间长度并且可以在预定的时间之后结束第二状态。
图2示出根据本发明的光源1的优选实施方式，其中，发光二极管3的第一接头10(阳极)通过馈电线46与第三供电线路48连接。在馈电线46中布置开关50，这个开关也可以以晶体管形式构建。第三开关50的闭合建立了发光二极管3的阳极与第三供电线路48的连接。优选地，在第三开关50闭合时，推挽电路2切换至第三状态。在此情况下，发光二极管3由第三供电线路48进行供电。这一情况例如在连续工作中将发光二极管3用于照明目的，比方说用作车辆的前照灯时出现。第三供电线路48的电位优选地为正。
在一个优选实施方式中，第三供电线路48的电位与中心电位线14的电位之间的电压差值小于第二供电线路44的电位与中心电位线14的电位之间的电压差值。
图3示出一个同样优选的实施方式，其中，与图1所示实施方式相比，增加通过发光二极管3切换短路线路52。短路线路52具有第四开关54，该第四开关被称为短路开关。通过第四开关54的闭合可以实现发光二极管3及其空间电荷区的标准化，以便防止特别是空间电荷区的边缘上的雪崩效应。该标准化在从空间电荷区或阻挡层电容去除电荷载流子之后完成。在可以闭合第四开关54之前，必须将推挽电路2切换至其第三状态，使得其输出端口20不与两条供电线路42、44中的任何一条连接。
当然，图2和3所示实施方式可以彼此组合，以便在发光二极管3进一步地与第三供电线路48连接的情况下，也可以设置短路线路52。
图4示出光源1的另一实施方式，其中，在推挽电路2的第一输入端口22与第一供电线路42之间布置有第一电荷泵56，以便提高第一供电线路42的电位。电荷泵56用于升高电压，从而升高推挽电路的第一输入端口22与中心电位线14的电位之间的电位差。
根据图4，在第二供电线路44与推挽电路的第二输入端口24之间设有第二电荷泵58，以便增大第二输入端口24处的电位绝对值。因此，在使用上述两个电荷泵56和58时，第一输入端口22与第二输入端口24之间的电位差大于第一供电线路42与第二供电线路44之间的电位差。
当然，在应尽可能快地接通发光二极管3的情况下，也可以仅使用一个电荷泵，例如第一电荷泵56。在应特别迅速地关断发光二极管3并且为此在发光二极管3上必须存在阻断方向上的高反向电压时，另一方案是仅使用第二电荷泵58。
一般而言，电荷泵通常仅具有较小的电荷存储容量，因此，这些电荷泵通常不适于进行持久照明。因此，在为了测量目的和照明目的而进行混合操作的情况下，应在其第三状态下操作推挽电路2，例如通过使用多路复用器。
当然，可以将电荷泵56和58的使用与图2或3所示实施方式中的一个或两个组合。
图5示出本发明的一个特别优选的实施方式。控制单元36通过状态和/或同步信号发送装置61向调节器60传递装置(光源1)处于何种状态的信号。其可以是第一状态，在该第一状态下，第一晶体管(t1)28导通并且第二晶体管(t2)30阻断。其可以是第二状态，在该第二状态下，第一晶体管28阻断并且第二晶体管30导通。其可以是第三状态，在这个第三状态下，第一晶体管28阻断并且第二晶体管30阻断。当led(发光二极管3)在第一状态下接通了第一时间段t1接通之后，进入持续第二时间段t2的第二状态，而后进入持续第三时间段t3的第三状态。优选地，测量装置或调节器60在第三时间段t3内的一个测量时间点相对于基准电位(中心电位线14或系统接地或gnd)测量发光二极管3的第一接头10处的led剩余电压，其中在该第三时间段内，推挽电路2以及光源1处于第三状态。
如果该led剩余电压为正，则并未清空发光二极管3的空间电荷区的所有电荷载流子。在此情况下，调节器60在第二状态下提高电荷提取或者在第一状态下降低电荷存储。提高电荷提取为优选项。
第一方案在于，调节器60为增加电荷提取而延长第二时间段t2。为此，调节器60通过第一信号线62向控制单元36传送该延长第二时间段t2的信号。
第二方案在于，调节器60进一步降低推挽电路2的第二输入端口24处的负电压以增加电荷提取，即增大这个负电压的绝对值。为此，调节器60例如通过第二信号线63向第二电荷泵58或另一适用于调节第二输入端口24的电位的电压调节装置传送该降低的信号。
较不优选的第三方案在于，调节器60降低第一输入端口22处的正电压以减少电荷存储。为此，调节器60例如通过第三信号线64向第一电荷泵56或另一适用于调节第一输入端口22的电位的装置传送该降低的信号。
如果led残余电压为负，则已去除了过多发光二极管3的空间电荷区的电荷载流子。在此情况下，调节器60在推挽电路2处于第二状态时降低电荷提取或者在推挽电路2处于第一状态时增加电荷存储。减少电荷提取为优选项。
用于调节发光二极管3的开路电压的另一优选的方案在于，调节器60缩短第二时间段t2以降低电荷提取。为此，调节器60通过第一信号线62向控制单元36传送该缩短第二时间段t2的信号。
另一优选的方案在于，调节器60进一步提高第二输入端口24处的负电压以减少电荷提取，即减小该负电压的绝对值。为此，调节器60例如通过第二信号线63向第二电荷泵(58)或另一适用于调节第二输入端口24的电位的装置传送该增大的信号。
较不优选的第三方案在于，调节器60提高第一输入端口22处的正电压以增加电荷存储。调节器60例如通过第三信号线64向第一电荷泵56或另一适用于调节第一输入端口22处的电位的装置传送该增大电压的信号。
测量时间点优选地处于第三时间段结束之前、第三时间段t3的结束之后以及发光二极管3的第一接头10处的电位稳定之后。
调节器60优选地是pid调节器或具有集成控制特性的调节器，其将led剩余电压调节至零。
当然，可以将发光二极管3的开路电压的调整和调节以及图5所示为此所必需的部件与根据图2至图4的实施方式中的一个或多个组合。也可以将图2至图5所示所有实施方式进行组合。
图6示出三个不同的驱动电路的模拟的时序图。在此，流过图1所示发光二极管3的电流随时间记录。
在使用电流强度为20ma的电流驱动器来代替推挽电路时，发光二极管3会产生图5所示的电流曲线c。使用电压驱动器(3.3v)会产生电流曲线b。根据本发明的最大电压为40v的推挽电路2产生曲线a。可以清楚地看出，所提出的方法和推挽电路2的使用实现了发光二极管3的明显更短的脉冲以及快速关断，在该推挽电路中，通过施加第二供电线路44的负电压来关断发光二极管3。
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