CN115597447A - 一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管 - Google Patents

Abstract

本发明要求保护一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，具体属于无起爆药电子雷管技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种高电压数码电路控制的无起爆药电子雷管硬件结构的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括设置在雷管金属外壳内部的印刷电路板，印刷电路板的一端焊接有等离子点火具；雷管金属外壳通过卡腰与装药外壳连接为一体，印刷电路板上焊接有高电压数码电路集成芯片和高压储能电容器，印刷电路板的另一端设置有电路板控制端口，电路板控制端口外接两线制脚线与起爆器远程连接，高电压数码电路集成芯片的内部设置有低电压稳压电路与通信调制电路、MCU电路、以及高压开关电路；本发明应用于无起爆药电子雷管。

Description

一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管

技术领域

本发明要求保护一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，具体属于无起爆药电子雷管技术领域。

背景技术

现有国内外工业数码电子雷管都是采用“燃烧转爆轰”机理装药结构的雷管，其中电子雷管中采用的是低电压模拟电路和8位MCU数字集成的电路，并由起爆器供给工业数码电子雷管中的最高电压≤30V；因此，现有国内外工业数码电子雷管中低电压模拟电路和8位MCU数字电路，只能给低电压小储能电容器充电，低电压小储能电容器充电的电能只能在电热丝型点火头或半导体桥SCB放电发热，点燃包裹在电热丝或半导体桥SCB易燃的火药燃烧，再由火药燃烧的火焰点燃起爆药（LTNR、PbN6、DDNP、NHN）形成“燃烧转爆轰”机理的初始爆轰波，激发猛炸药产生强爆破波输出；所以低电压模拟电路和8位MCU数字电路只能应用在“燃烧转爆轰”机理的“有起爆药装药结构的电子雷管”中，而该类型电子雷管中装填的起爆药机械感度极高，一般为硝酸肼镍或二硝基重氮酚，填充用上述起爆药的电子雷管是一种高危险产品，该有起爆药装药结构的电子雷管在日常生产、运输、储存、爆破工程使用过程中极易发生爆炸事故，鉴于规避含有起爆药的雷管结构设计，有必要对目前的电子雷管结构进行改进。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种高电压数码电路控制的无起爆药电子雷管硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高电压数码电路控制的无起爆药电子雷管，包括设置在雷管金属外壳内部的印刷电路板，所述印刷电路板的一端焊接有等离子点火具，所述印刷电路板与等离子点火具焊接的一端通过塑料密封塞封装在卡腰中；

所述雷管金属外壳通过卡腰与装药外壳连接为一体，所述装药外壳的内部设置有雷管装药结构；

所述印刷电路板上焊接有高电压数码电路集成芯片和高压储能电容器，所述印刷电路板的另一端设置有电路板控制端口，所述电路板控制端口外接两线制脚线与起爆器远程连接，所述两线制脚线通过封口塞封装在卡口中；

所述高电压数码电路集成芯片的内部设置有用于接收起爆器控制信号的低电压稳压电路与通信调制电路、用于分析处理信号的MCU电路、以及用于控制电容器向等离子点火具释能的高压开关MOSFET电路；

所述低电压稳压电路与通信调制电路的输入端与起爆器相连，所述MCU电路的控制端分别与低电压稳压电路与通信调制电路、高压开关MOSFET电路相连，所述高压开关MOSFET电路的信号输出端分别与高压储能电容器、等离子点火具相连。

所述等离子点火具具体为一张绝缘板，在绝缘板的正反面均设置有覆铜箔印刷电路，在等离子点火具的正反面均对称设置有一对覆铜箔，各覆铜箔的中心位置均开有金属焊盘通孔，所述金属焊盘通孔分别将正反面背对设置的覆铜箔连接为一体；

所述等离子点火具正面的一对覆铜箔通过内侧相对设置凸起电极连接的桥箔线相连；

所述等离子点火具正面的一对覆铜箔内侧还垂直设置有L形的箔电极，两个箔电极的延伸端相对设置于桥箔线的两侧。

所述印刷电路板具体为细长型电路板，印刷电路板接入卡腰的一端为窄端，印刷电路板设置有高压储能电容器的一端为宽端；

所述等离子点火具焊接在印刷电路板的窄条端，使等离子点火具的正面与雷管装药结构相接触。

所述低电压稳压电路与通信调制电路中使用的元器件包括：通信调制芯片IC2，耐高压二级管电桥Z1、双向瞬态抑制二极管TVS、耐高压三极管T1、低功耗稳压电路W1、电阻R1-R4；

所述MCU电路中使用的元器件包括：控制芯片IC1；

所述高压开关MOSFET电路中使用的元器件包括：驱动芯片IC3、耐高压小功率PNP的三极管TP1、TP2，二极管DN1，大功率耐高压P型的MOSFET-P管，电阻RN1-RN5；所述高电压数码电路集成芯片内部的电路结构为：

所述通信调制电路IC2的VCCin端分别并接电阻R3的一端，电阻R2的一端后与三极管T1的发射极相连，所述三极管T1的基极并接电阻R1的一端后与低功耗稳压电路W1的2脚相连，所述电阻R2的另一端与低功耗稳压电路W1的4脚相连，所述电阻R3的另一端并接低功耗稳压电路W1的1脚、电阻R4的一端后与封装芯片的2脚相连；

所述三极管T1的集电极分别并接电阻R1的另一端、通信调制电路IC2的IF端、电阻RN2的一端、耐高压二级管电桥Z1的1脚后与封装芯片的13脚相连；

所述耐高压二级管电桥Z1的2脚并接双向瞬态抑制二极管TVS的一端后与封装芯片的1脚相连；

所述双向瞬态抑制二极管TVS的另一端并接耐高压二级管电桥Z1的4脚后与封装芯片的14脚相连；

所述低功耗稳压电路W1的3脚分别并接耐高压二级管电桥Z1的3脚、电阻R4的另一端后与通信调制电路IC2的接地端相连；

所述通信调制电路IC2的Vfin端与电阻RN1的一端相连，所述电阻RN1的另一端与三极管TP2的集电极相连；

所述通信调制电路IC2的VCC1端与封装芯片的11脚相连；

所述通信调制电路IC2的FD端与封装芯片的10脚相连；

所述电阻RN2的另一端与三极管TP1的发射极相连，所述三极管TP1的集电极与二极管DN1的正极相连，所述三极管TP1的基极与电阻RN3的一端相连，所述电阻RN3的另一端与驱动电路IC3的OUT3端口相连；

所述三极管TP2的基极与电阻RN4的一端相连，所述电阻RN4的另一端与驱动电路IC3的OUT2端口相连；

所述驱动电路IC3的OUT1端口并接电阻RN5的一端后与MOSFET-P管的栅极相连，所述MOSFET-P管的源极分别并接电阻RN5的另一端、二极管DN1的负极、三极管TP2的发射极后与封装芯片的8脚、9脚相连；

所述MOSFET-P管的漏极与封装芯片的6脚、7脚相连；

所述通信调制电路IC2的VCC2端、KZ端、R端、T端以及驱动电路IC3的IN1端、IN2端、IN3端分别与控制芯片IC1的控制端相连。

所述低电压稳压电路与通信调制电路中使用的元器件包括：通信调制芯片IC2，耐高压二级管电桥Z1、双向瞬态抑制二极管TVS、耐高压小功率N型的场效应管MN1、三极管T1、稳压二极管W1、电阻R1-R3；

所述MCU电路中使用的元器件包括：控制芯片IC1；

所述高压开关MOSFET电路中使用的元器件包括：驱动芯片IC3，耐高压小功率P型的场效应管MHP1-MHP3，二极管DH1，大功率耐高压N型的MOSFET-N管，电阻RH1-RH7；所述高电压数码电路集成芯片内部的电路结构为：

所述通信调制电路IC2的VCCin端并接稳压二极管W1的负极后与场效应管MN1的源极相连，所述场效应管MN1的栅极并接电阻R1的一端后与三极管T1的集电极相连，所述稳压二极管W1的正极并接三极管T1的基极、电阻R3的一端后与封装芯片的2脚相连；所述三极管T1的发射极与电阻R2的一端相连；

所述通信调制电路IC2的IF端分别并接电阻R1的一端、场效应管MN1的漏极、电阻RH3的一端、耐高压二级管电桥Z1的1脚后与封装芯片的13脚相连；

所述耐高压二级管电桥Z1的2脚并接双向瞬态抑制二极管TVS的一端后与封装芯片的1脚相连；

所述双向瞬态抑制二极管TVS的另一端并接耐高压二级管电桥Z1的4脚后与封装芯片的14脚相连；

所述耐高压二级管电桥Z1的3脚分别并接电阻R2的另一端、电阻R3的另一端后与通信调制电路IC2的接地端相连；

所述通信调制电路IC2的Vfin端与电阻RH1的一端相连，所述电阻RH1的另一端与场效应管MHP2的漏极相连；

所述通信调制电路IC2的VCC1端与封装芯片的11脚相连；

所述通信调制电路IC2的FD端与封装芯片的10脚相连；

所述电阻RH3的另一端并接电阻RH4的一端后与场效应管MHP1的源极相连，所述场效应管MHP1的栅极并接电阻RH4的另一端后与驱动电路IC3的OUT3端口相连；

所述场效应管MHP1的漏极与二极管DH1的正极相连；

所述驱动电路IC3的OUT1端口并接电阻RH5的一端后与场效应管MHP3的栅极相连，所述场效应管MHP3源极分别并接电阻RH5的另一端、二极管DH1的负极、电阻RH2的另一端、场效应管MHP2的源极后与封装芯片的8脚、9脚相连；

所述场效应管MHP3的漏极与电阻RH6的一端相连，所述电阻RH6的另一端并接电阻RH7的一端后与MOSFET-N管的栅极相连，所述MOSFET-N管的漏极与封装芯片的6脚、7脚相连；

所述电阻RH7的另一端并接MOSFET-N管的源极后与驱动电路IC3的接地端相连；

所述通信调制电路IC2的VCC2端、KZ端、R端、T端以及驱动电路IC3的IN1端、IN2端、IN3端分别与控制芯片IC1的控制端相连。

所述封装芯片的8脚、9脚均与高压储能电容器的正极端相连，所述高压储能电容器的负极端并接封装芯片的5脚后与等离子点火具其中一个金属焊盘通孔相连，所述等离子点火具另一个金属焊盘通孔分别与封装芯片的6脚、7脚相连。

所述封装芯片的8脚、9脚并接高压储能电容器的正极端后与等离子点火具其中一个金属焊盘通孔相连，所述等离子点火具另一个金属焊盘通孔分别与封装芯片的6脚、7脚相连，所述高压储能电容器的负极端与封装芯片的5脚相连。

所述等离子点火具的绝缘板正反面具体采用真空镀金属膜进行刻蚀工艺制作电路；

所述印刷电路板的两面均设置有电路覆铜箔。

所述高电压数码电路集成芯片的供电电压由起爆器通过现场两线制总线D-Bus提供。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明基于对高电压数码电路集成芯片电路结构的改进提供一种新型电子雷管，该类型电子雷管基于等离子冲击波转爆轰的机理应用于电控爆破，本发明具体提供一种无起爆药电子雷管的高电压数码电路集成芯片，该高电压数码电路集成芯片是低电压稳压电路与通信调制电路、8位MCU电路、高压开关MOSFET电路三部分电路集成封装成一体化的芯片，并焊接在无起爆药电子雷管中印刷电路板上；该高电压数码电路集成芯片可以通过数码电路延时控制驱动高压储能电容器存储的电能在等离子点火具中放电，瞬时产生高能等离子冲击波，直接激发猛炸药形成强爆轰波输出，整个过程无需在电子雷管中设置起爆药，本发明对电子雷管结构进行改进，可以有效规避装填起爆药的电子雷管在运输、使用过程中存在的风险，并能有效提高电子雷管的控制精度和准确度。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明等离子点火具正面的结构放大图；

图3是本发明等离子点火具反面的结构放大图；

图4是本发明印刷电路板的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是本发明高电压数码电路集成芯片的接线原理图；

图7是本发明高电压数码电路集成芯片的封装图；

图8是本发明高电压数码电路集成芯片实施例1的电路原理图；

图9是本发明高电压数码电路集成芯片实施例2的电路原理图；

图中：40为低电压稳压电路与通信调制电路、20为MCU电路、30为高压开关MOSFET电路；

100为雷管金属外壳、101为卡腰、102为卡口、200为印刷电路板、300为等离子点火具、400为雷管装药结构、501为装药外壳、500为封口塞、600为两线制脚线；

201为高电压数码电路集成芯片、202为高压储能电容器、203为小型滤波电容器。

具体实施方式

如图1至图9所示，本发明提供一种高电压数码电路控制的无起爆药电子雷管，采用的高电压数码电路中包括：低电压稳压电路与通信调制电路40、8位MCU电路20、高压开关MOSFET电路30，各控制电路可以集成封装为一体化的芯片作为高电压数码电路集成芯片201设置在电子雷管中，所述高电压数码电路集成芯片201具体焊接在无起爆药电子雷管中的印刷电路板上。

所述高压开关MOSFET电路部分，具体为集成大功率耐高电压的MOSFET管，所述MOSFET管可以是P型MOSFET-P管，也可以是N型MOSFET-N管；所述MOSFET管的VDS或VSD电压范围为100V-150V，电流IDS或ISD≥40A；所述高压开关MOSFET的封装形式为DMP14或SOP14、SO14；

所述低电压稳压电路与通信调制电路，可以采用由耐高压二级管电桥Z1、双向瞬态抑制二极管TVS、耐高压三极管T1、低功耗稳压电路W1、电阻R1-R4、通信调制电路IC2组成的控制电路，也可以采用由耐高压二级管电桥Z1、双向瞬态抑制二极管TVS、耐高压小功率N型场效应管MN1、三极管T1、稳压二极管W1、电阻R1-R3、通信调制电路IC2组成的控制电路；

所述8位MCU电路，具体采用设置有内部时钟振荡器、异步通信收发器UART、看门狗电路、数据存储器、有中断功能的4个双向I/O口的低功耗微处理器；

所述高压开关MOSFET电路，可以采用由驱动电路IC3，耐高压小功率PNP三极管TP1、TP2，二极管DN1，大功率耐高压P型MOSFET-P管，电阻RN1-RN5组成的控制电路，其中耐高压小功率PNP三极管TP1、TP2也可以选择耐高压小功率P型MOSFET管及相应的电路；

所述高压开关MOSFET电路，也可以采用由驱动电路IC3，耐高压小功率P型场效应管MHP1-MHP3，二极管DH1，大功率耐高压N型MOSFET-N管，电阻RH1-RH7组成的控制电路；其中耐高压小功率P型场效应管MHP1-MHP3也可以选择耐高压小功率PNP型三极管管及相应的电路；

本发明采用的无起爆药电子雷管，具体包括变直径的雷管金属外壳100、卡腰101、卡口102、印刷电路板200、等离子点火具300、雷管装药结构400、封口塞500、装药外壳501、两线制脚线600等部件，所述等离子点火具300是采用印刷电路板刻蚀工艺制作而成，所述的等离子点火具300和雷管装药结构400相邻的一端紧密贴紧；

所述印刷电路板200具体是一种双面覆铜箔的印刷电路板，所述印刷电路板200上焊接有高电压数码电路集成芯片201、高压储能电容器202、小型滤波电容器203，以及双面覆铜箔印刷电路板窄条一端垂直焊接的片状圆型的等离子点火具300。

进一步的，本发明的目的在于提供一种基于等离子冲击波转爆轰机理的无起爆药电子雷管，通过调整改进电子雷管中的高电压数码电路结构，将低电压稳压电路与通信调制电路、8位MCU电路、高压开关MOSFET电路三部分集成封装为一体化的芯片，该整体集成的芯片供电的最高电压≤150V，高压储能电容器的充电压≤150V；制备的高电压数码电路集成芯片通过数码电路延时控制驱动高压储能电容器存储的电能在等离子点火具中放电，瞬时产生高能等离子冲击波，直接激发猛炸药形成强爆轰波输出的无起爆药电子雷管中；本发明使用的无起爆药电子雷管，具体在雷管内的印刷电路板上焊接该集成芯片，并同时焊接有一个高压储能电容器、一个小型滤波电容、一个等离子点火具三个电子器件，完成一体化印刷电路板，再进行注塑成数码电子模块安装在无起爆药基础雷管中。

进一步的，如图1至图5所示，本发明提供的无起爆药电子雷管，其结构包括：雷管金属外壳100、卡腰101、卡口102、印刷电路板200、等离子点火具300（DHJ）、雷管装药结构400、封口塞500、两线制脚线600等部件；所述印刷电路板200是一种双面覆铜箔的印刷电路板；所述的印刷电路板200上焊接有高电压数码电路集成芯片201、高压储能电容器202（Cg）、小型滤波电容器203、等离子点火具300。

如图6所示，具体为本发明提供的高电压数码电路集成芯片201的接线原理图，其中包括：低电压稳压电路与通信调制电路40、8位MCU电路20、高压开关MOSFET电路30等模块；所述低电压稳压电路与通信调制电路和8位MCU电路作为低电压区电路；所述的高压开关MOSFET电路作为高电压区电路；所述的高压数码电路集成芯片的封装形式采用低电压区电路和高电压区电路的两腔室（40，20）、（30）或（40）、（20）、（30）三腔室结构封装成贴片型DMP14集成芯片。

如图7所示，本发明封装的高压数码电路集成芯片采用DMP14封装形式，将其焊接在无起爆药电子雷管的印刷电路板上，其中起爆器通过两线制现场总线D-Bus连接雷管两线制脚线600输入到芯片的1号脚（A）和14号脚（B）之间，VAB输入的电压范围在20V≤VAB≤150V之间；起爆器和无起爆药电子雷管之间进行低压数字通信时的供电电压VAB=VD，VD的电压范围为20V≤VD≤36V；起爆器给无起爆药电子雷管中高压储能电容器Cg充电的供电电压VAB=VH，VH的电压范围为40V≤VH≤150V；

封装的高压数码电路集成芯片DMP14其他管脚的功能作用如下：

2号脚（FC）为稳压电路小型滤波电容接入端；

3号脚（TXD）和4号脚（RXD）为编程用串行通信接口；

5号脚（GND）为接地端；

6号脚（D）和7号脚（D）为大功率高压MOSFET管的D端；

8号脚和9号脚（VHout）为充电高压输出端；

10号脚（FD）为检测等离子点火具状态信号端；

11号脚（VCC）为芯片外接工作电压端；

12号脚（NC）为空脚；

13号脚（VH）为高压输出端；

进一步的，将高压数码电路集成芯片具体应用于电子雷管控制时，其实施例1的内部接线如图8所示，图中还包括有DMP14芯片和高压储能电容器Cg、等离子点火具DHJ的电路连接结构。

所述高压数码电路集成芯片中封装有：低电压稳压电路与通信调制电路40、8位MCU电路20、高压开关MOSFET电路30三部分，所述低电压稳压电路与通信调制电路40中包括：通信调制电路IC2，所述低电压稳压电路中包括：耐高压二级管电桥Z1、双向瞬态抑制二极管TVS、耐高压三极管T1、低功耗稳压电路W1、电阻R1-R4等元器件；所述高电压数码电路集成芯片内部的电路结构为：

所述通信调制电路IC2的VCCin端分别并接电阻R3的一端，电阻R2的一端后与三极管T1的发射极相连，所述三极管T1的基极并接电阻R1的一端后与低功耗稳压电路W1的2脚相连，所述电阻R2的另一端与低功耗稳压电路W1的4脚相连，所述电阻R3的另一端并接低功耗稳压电路W1的1脚、电阻R4的一端后与封装芯片的2脚相连；

所述三极管T1的集电极分别并接电阻R1的另一端、通信调制电路IC2的IF端、电阻RN2的一端、耐高压二级管电桥Z1的1脚后与封装芯片的13脚相连；

所述耐高压二级管电桥Z1的2脚并接双向瞬态抑制二极管TVS的一端后与封装芯片的1脚相连；

所述双向瞬态抑制二极管TVS的另一端并接耐高压二级管电桥Z1的4脚后与封装芯片的14脚相连；

所述低功耗稳压电路W1的3脚分别并接耐高压二级管电桥Z1的3脚、电阻R4的另一端后与通信调制电路IC2的接地端相连；

所述通信调制电路IC2的Vfin端与电阻RN1的一端相连，所述电阻RN1的另一端与三极管TP2的集电极相连；

所述通信调制电路IC2的VCC1端与封装芯片的11脚相连；

所述通信调制电路IC2的FD端与封装芯片的10脚相连；

所述电阻RN2的另一端与三极管TP1的发射极相连，所述三极管TP1的集电极与二极管DN1的正极相连，所述三极管TP1的基极与电阻RN3的一端相连，所述电阻RN3的另一端与驱动电路IC3的OUT3端口相连；

所述三极管TP2的基极与电阻RN4的一端相连，所述电阻RN4的另一端与驱动电路IC3的OUT2端口相连；

所述驱动电路IC3的OUT1端口并接电阻RN5的一端后与MOSFET-P管的栅极相连，所述MOSFET-P管的源极分别并接电阻RN5的另一端、二极管DN1的负极、三极管TP2的发射极后与封装芯片的8脚、9脚相连；

所述MOSFET-P管的漏极与封装芯片的6脚、7脚相连；

所述通信调制电路IC2的VCC2端、KZ端分别通过8位MCU电路IC1与驱动电路IC3的输入端相连。

所述的通信调制电路IC2的VCCin/VF端为稳压工作电压VCC输入和电压调制信号VF的输入端，IF为电流调制信号端，Vfin为检测高压电压的输入端，VCC1为芯片编程时外接工作稳压电压VCC端，FD为检测等离子点火具状态信号输入端，VCC2为8位MCU电路工作的稳压电压端，KZ为检测控制信号端，R为接受通信逻辑信号端，T为发出通信逻辑信号端，GND为接地端。

该类型电路在工作时，所述的低电压稳压电路中双向瞬态抑制二极管TVS接入二级管电桥Z1的输入端接DMP14芯片的A（1）脚和B（14）脚之间，防止高电压大于150V或高电压静电输入，所述的二级管电桥Z1输出正极接入DMP14芯片的脚VH（13）和负极接地端（GND），所述的DMP14芯片的输入端A（1）脚和B（14）脚之间接入直流电压VAB，VAB的电压正极和负极可以不分极性任意分别接入端A（1）脚和B（14）脚，并通过二级管电桥Z1转换始终输出正极接入脚VH（13）和负极接地端（GND）；所述的耐高压三极管T1的集电极接电桥Z1的正极，三极管T1的发射极接入通信调制电路IC2的VCCin/VF端，三极管T1的集电极过电阻R1连接基极，三极管T1的基极连接低功耗稳压电路W1的2端，稳压电路W1的4端通过电阻R2连接三极管T1的发射极，三极管T1的发射极通过串联电阻R3和R4接地GND，串联电阻R3和R4分压连接低功耗稳压电路W1的1端调节三极管T1基极的电压，使三极管T1的发射极输出稳定的工作电压VCC接入通信调制电路IC2的VCCin/VF端，稳压电路W1的3端接地。

所述的通信调制电路IC2的VCCin/VF端有起爆器发出的通信调制电压信号VF时，T端转换输出通信逻辑电压信号接入8位MCU电路IC1的RXD端被接收；所述的通信调制电路IC2的调制电流信号IF是由8位MCU电路IC1的TXD端发出的通信逻辑电压信号，经通信调制电路IC2转换成调制电流信号IF，调制电流信号IF经电桥Z1的正极和芯片A（1）、B（14）输入脚连接的两线制脚线D-Bus与起爆器构成电流回路，被起爆器接收调制电流信号IF，再转换成被接收的通信逻辑电压信号，完成起爆器和无起爆药电子雷管半双工通信。

所述的8位MCU电路IC1的TXD（3）号脚、RXD（4）号脚为编写程序时外接的通信串口；所述的8位MCU电路IC1的I/O-1、I/O-2、I/O-3口，分别对应连接高压开关MOSFET电路30中驱动电路IC3的IN1、IN2、IN3口；所述IC1的I/O-1口为高电平时为启动发爆信号，I/O-2口为高电平时为高电压VH状态检测，I/O-3口为高电平时为高压储能电容器Cg充电信号；所述的8位MCU电路IC1的I/O-4口连接通信调制电路IC2的KZ端，KZ为等离子点火具DHJ检测控制信号端。

所述的高压开关MOSFET电路30，包括：驱动电路IC3、耐高压小功率PNP三极管TP1、TP2，二极管DN1，大功率耐高压P型MOSFET-P管，电阻RN1-RN5所组成；所述的高压开关MOSFET电路30的输出高电压VHout（8，9）号脚连接高压储能电容器Cg的正极，负极接地GND；所述的高压开关MOSFET电路30的输出D（6，7）号脚连接等离子点火具DHJ的一端，另一端接地GND。

所述的高压开关MOSFET电路30的驱动电路IC3输入口IN3、输出口OUT3口，PNP三极管TP1，二极管DN1，电阻RN2、RN3，组成高压储能电容器Cg充电开关电路；当I/O-3端的高电平时输入驱动电路IC3输入口IN3时，驱动电路IC3输出口OUT3口为低电平，PNP三极管TP1的发射极和集电极导通，高电压VH经电阻RN2、PNP三极管TP1（E极，C极）、二极管DN1由VHout（8，9）脚输出给高压储能电容器Cg充电。

所述的高压开关MOSFET电路30的驱动电路IC3输入口IN2、输出口OUT2口，PNP三极管TP2，电阻RN1、RN4组成高电压VH状态检测电路；当I/O-2端为高电平输入驱动电路IC3输入口IN2时，驱动电路IC3输出口OUT2口为低电平，PNP三极管TP2的发射极和集电极导通，高压储能电容器Cg储能的高压VHout经PNP三极管TP2（E极，C极）、电阻RN1的电压Vf输入通信调制电路IC2的Vfin端检测高压电压状态。

所述的高压开关MOSFET电路30的驱动电路IC3输入口IN1、输出口OUT1口，大功率耐高压P型MOSFET-P管，电阻RN5组成启动发爆电路；当I/O-1端为高电平时输入驱动电路IC3输入口IN1时，输出口OUT1为低电平，大功率耐高压P型MOSFET-P管的G极为低电平，P型MOSFET-P管（S极，D极）导通，高压储能电容器Cg的高压通过VHout（8，9）脚经大功率耐高压P型MOSFET-P管的S极和D极（6，7）号脚导通在等离子点火具DHJ上放电，瞬时产生等离子冲击波激发雷管装药形成强爆轰波输出。

进一步的，将高压数码电路集成芯片具体应用于电子雷管控制时，其实施例2的内部接线如图9所示，图中还包括有DMP14芯片和高压储能电容器Cg、等离子点火具DHJ的电路连接结构。

所述高压数码电路集成芯片中封装有：低电压稳压电路与通信调制电路40、8位MCU电路20、高压开关MOSFET电路30三部分；所述低电压稳压电路与通信调制电路40中包括：通信调制电路IC2；所述低电压稳压电路中包括：耐高压二级管电桥Z1、双向瞬态抑制二极管TVS、耐高压小功率N型场效应管MN1、三极管T1、稳压二极管W1、电阻R1-R3等元器件；所述高电压数码电路集成芯片内部的电路结构为：

所述通信调制电路IC2的VCCin端并接稳压二极管W1的负极后与场效应管MN1的源极相连，所述场效应管MN1的栅极并接电阻R1的一端后与三极管T1的集电极相连，所述稳压二极管W1的正极并接三极管T1的基极、电阻R3的一端后与封装芯片的2脚相连；所述三极管T1的发射极与电阻R2的一端相连；

所述通信调制电路IC2的IF端分别并接电阻R1的一端、场效应管MN1的漏极、电阻RH3的一端、耐高压二级管电桥Z1的1脚后与封装芯片的13脚相连；

所述耐高压二级管电桥Z1的2脚并接双向瞬态抑制二极管TVS的一端后与封装芯片的1脚相连；

所述双向瞬态抑制二极管TVS的另一端并接耐高压二级管电桥Z1的4脚后与封装芯片的14脚相连；

所述耐高压二级管电桥Z1的3脚分别并接电阻R2的另一端、电阻R3的另一端后与通信调制电路IC2的接地端相连；

所述通信调制电路IC2的Vfin端与电阻RH1的一端相连，所述电阻RH1的另一端与场效应管MHP2的漏极相连；

所述通信调制电路IC2的VCC1端与封装芯片的11脚相连；

所述通信调制电路IC2的FD端与封装芯片的10脚相连；

所述电阻RH3的另一端并接电阻RH4的一端后与场效应管MHP1的源极相连，所述场效应管MHP1的栅极并接电阻RH4的另一端后与驱动电路IC3的OUT3端口相连；

所述场效应管MHP1的漏极与二极管DH1的正极相连；

所述驱动电路IC3的OUT1端口并接电阻RH5的一端后与场效应管MHP3的栅极相连，所述场效应管MHP3源极分别并接电阻RH5的另一端、二极管DH1的负极、电阻RH2的另一端、场效应管MHP2的源极后与封装芯片的8脚、9脚相连；

所述场效应管MHP3的漏极与电阻RH6的一端相连，所述电阻RH6的另一端并接电阻RH7的一端后与MOSFET-N管的栅极相连，所述MOSFET-N管的漏极与封装芯片的6脚、7脚相连；

所述电阻RH7的另一端并接MOSFET-N管的源极后与驱动电路IC3的接地端相连；

所述通信调制电路IC2的VCC2端、KZ端分别通过8位MCU电路IC1与驱动电路IC3的输入端相连。

所述的通信调制电路IC2的VCCin/VF端为稳压低电压VCC输入和电压调制信号VF的输入端，IF为电流调制信号端，Vfin为检测高压电压的输入端，VCC1为外接工作电压VCC端，FD为检测等离子点火具状态信号输入端，VCC2为8位MCU电路的工作电压端，KZ为检测控制信号端，R为接受通信逻辑信号端，T为发出通信逻辑信号端，GND为接地端。

该类型电路在工作时，所述的低电压稳压电路中双向瞬态抑制二极管TVS接入二级管电桥Z1的输入端接DMP14芯片的A（1）脚和B（14）脚之间，防止高电压大于150V或高电压静电输入；所述的二级管电桥Z1输出正极接入DMP14芯片的脚VH（13）和负极接地端（GND）；所述的DMP14芯片的输入端A（1）脚和B（14）脚之间接入直流电压VAB，VAB的电压正极和负极可以不分极性任意分别接入端A（1）脚和B（14）脚，并通过二级管电桥Z1转换始终输出正极接入脚VH（13）和负极接地端（GND）；所述的耐高压小功率N型场效应管MN1的D极接电桥Z1的正极，N型场效应管MN1的S极接入通信调制电路（IC2）的VCCin/VF端，N型场效应管MN1通过电阻R1连接D极和G极，N型场效应管MN1的S极连接稳压二极管W1的负端，稳压二极管W1的正端连接三极管T1的基极，三极管T1的基极通过电阻R3接地GND，三极管T1的发射极通过电阻R2接地GND，三极管T1的集电极连接N型场效应管MN1的G极，使N型场效应管MN1的S极输出稳定的（稳压二极管W1的稳定电压值）工作电压VCC，并接入通信调制电路（IC2）的VCCin/VF端。

所述的通信调制电路IC2的VCCin/VF端有起爆器发出的通信调制电压信号VF时，T端转换输出通信逻辑电压信号接入8位MCU电路IC1的RXD端被接收；所述的通信调制电路IC2的调制电流信号IF是由8位MCU电路IC1的TXD端发出的通信逻辑电压信号，经通信调制电路IC2转换成调制电流信号IF，调制电流信号IF经电桥Z1正极和芯片A（1）、B（14）的输入脚连接的两线制脚线D-Bus与起爆器构成电流回路，被起爆器接收调制电流信号IF转换成被接收的通信逻辑电压信号，完成起爆器和无起爆药电子雷管半双工通信。

所述的8位MCU电路IC1的TXD（3）、RXD（4）号脚为编写程序时外接的通信串口；所述的8位MCU电路IC1的I/O-1、I/O-2、I/O-3口，分别对应连接高压开关MOSFET电路30中驱动电路IC3的IN1、IN2、IN3口；所述IC1的I/O-1口为高电平时为启动发爆信号，I/O-2口为高电平时为高电压VH状态检测，I/O-3口为高电平时为高压储能电容器Cg充电信号；所述的8位MCU电路IC1的I/O-4口连接通信调制电路IC2的KZ端，KZ为等离子点火具DHJ检测控制信号端。

所述的高压开关MOSFET电路30，包括：驱动电路IC3，耐高压小功率P型场效应管MHP1-MHP3，二极管DH1，大功率耐高压N型MOSFET-N管，电阻RH1-RH7所组成；所述的高压开关MOSFET电路30的输出VHout（8，9）号脚连接高压储能电容器Cg的正极，负极接地GND；所述的高压开关MOSFET电路（30）的输出D（6，7）号脚连接等离子点火具DHJ的一端，另一端连接高压储能电容器Cg的正极。

所述的高压开关MOSFET电路30的驱动电路IC3输入口IN1、输出口OUT1口，P型场效应管MHP1，二极管DH1，电阻RH3、RH4组成高压储能电容器Cg充电开关电路；当I/O-3口端为高电平输入驱动电路IC3输入口IN3时，输出口OUT3为低电平，P型场效应管MHP1（S极，D极）导通，高压VH经电阻RH3、P型场效应管MHP1（S极，D极）、二极管DH1由VHout（8，9）号脚输出给高压储能电容器Cg充电。

所述的高压开关MOSFET电路30的驱动电路IC3输入口IN2、输出口OUT2口，P型场效应管MHP2，电阻RH1、RH2组成高电压VH状态检测电路；当I/O-2口端为高电平输入驱动电路IC3输入口IN2时，输出口OUT2为低电平，P型场效应管MHP2（S极，D极）导通，高压储能电容器Cg存储的高电压VHout经P型场效应管MHP2（S极，D极）、电阻RH1的电压Vf输入通信调制电路（IC2）的Vfin端检测高压电压状态。

所述的高压开关MOSFET电路30的驱动电路IC3输入口IN1、输出口OUT1口，P型场效应管MHP3，大功率耐高压N型MOSFET-N管，电阻RH5、RH6、RH17组成启动发爆电路；当I/O-1口为高电平输入驱动电路IC3输入口IN1时，输出口OUT1为低电平，P型场效应管MHP3（S极，D极）导通，导通电压经电阻RH6加载在大功率耐高压N型MOSFET-N管的G极，N型MOSFET-N管（D极，S极）导通，此时N型MOSFET-N管D极（6，7）号脚连接等离子点火具DHJ的一端，另一端连接高压储能电容器Cg正极，在等离子点火具DHJ中放电，瞬时产生等离子冲击波激发雷管装药形成强爆轰波输出。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，包括设置在雷管金属外壳（100）内部的印刷电路板（200），所述印刷电路板（200）的一端焊接有等离子点火具（300），其特征在于：所述印刷电路板（200）与等离子点火具（300）焊接的一端通过塑料密封塞封装在卡腰（101）中；

所述雷管金属外壳（100）通过卡腰（101）与装药外壳（501）连接为一体，所述装药外壳（501）的内部设置有雷管装药结构（400）；

所述印刷电路板（200）上焊接有高电压数码电路集成芯片（201）和高压储能电容器（202），所述印刷电路板（200）的另一端设置有电路板控制端口，所述电路板控制端口外接两线制脚线（600）与起爆器远程连接，所述两线制脚线（600）通过封口塞（500）封装在卡口（102）中；

所述高电压数码电路集成芯片（201）的内部设置有用于接收起爆器控制信号的低电压稳压电路与通信调制电路（40）、用于分析处理信号的MCU电路（20）、以及用于控制电容器向等离子点火具（300）释能的高压开关MOSFET电路（30）；

所述低电压稳压电路与通信调制电路（40）的输入端与起爆器相连，所述MCU电路（20）的控制端分别与低电压稳压电路与通信调制电路（40）、高压开关MOSFET电路（30）相连，所述高压开关MOSFET电路（30）的信号输出端分别与高压储能电容器（202）、等离子点火具（300）相连；

所述低电压稳压电路与通信调制电路（40）中使用的元器件包括：通信调制芯片IC2，耐高压二级管电桥Z1、双向瞬态抑制二极管TVS、耐高压三极管T1、低功耗稳压电路W1、电阻R1-R4；

所述MCU电路（20）中使用的元器件包括：控制芯片IC1；

所述高压开关MOSFET电路（30）中使用的元器件包括：驱动芯片IC3、耐高压小功率PNP的三极管TP1、TP2，二极管DN1，大功率耐高压P型的MOSFET-P管，电阻RN1-RN5；所述高电压数码电路集成芯片（201）内部的电路结构为：

所述通信调制电路IC2的VCCin端分别并接电阻R3的一端，电阻R2的一端后与三极管T1的发射极相连，所述三极管T1的基极并接电阻R1的一端后与低功耗稳压电路W1的2脚相连，所述电阻R2的另一端与低功耗稳压电路W1的4脚相连，所述电阻R3的另一端并接低功耗稳压电路W1的1脚、电阻R4的一端后与封装芯片的2脚相连；

所述三极管T1的集电极分别并接电阻R1的另一端、通信调制电路IC2的IF端、电阻RN2的一端、耐高压二级管电桥Z1的1脚后与封装芯片的13脚相连；

所述耐高压二级管电桥Z1的2脚并接双向瞬态抑制二极管TVS的一端后与封装芯片的1脚相连；

所述双向瞬态抑制二极管TVS的另一端并接耐高压二级管电桥Z1的4脚后与封装芯片的14脚相连；

所述低功耗稳压电路W1的3脚分别并接耐高压二级管电桥Z1的3脚、电阻R4的另一端后与通信调制电路IC2的接地端相连；

所述通信调制电路IC2的Vfin端与电阻RN1的一端相连，所述电阻RN1的另一端与三极管TP2的集电极相连；

所述通信调制电路IC2的VCC1端与封装芯片的11脚相连；

所述通信调制电路IC2的FD端与封装芯片的10脚相连；

所述电阻RN2的另一端与三极管TP1的发射极相连，所述三极管TP1的集电极与二极管DN1的正极相连，所述三极管TP1的基极与电阻RN3的一端相连，所述电阻RN3的另一端与驱动电路IC3的OUT3端口相连；

所述三极管TP2的基极与电阻RN4的一端相连，所述电阻RN4的另一端与驱动电路IC3的OUT2端口相连；

所述驱动电路IC3的OUT1端口并接电阻RN5的一端后与MOSFET-P管的栅极相连，所述MOSFET-P管的源极分别并接电阻RN5的另一端、二极管DN1的负极、三极管TP2的发射极后与封装芯片的8脚、9脚相连；

所述MOSFET-P管的漏极与封装芯片的6脚、7脚相连；

所述通信调制电路IC2的VCC2端、KZ端、R端、T端以及驱动电路IC3的IN1端、IN2端、IN3端分别与控制芯片IC1的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，其特征在于：所述等离子点火具（300）具体为一张绝缘板，在绝缘板的正反面均设置有覆铜箔印刷电路，在等离子点火具（300）的正反面均对称设置有一对覆铜箔，各覆铜箔的中心位置均开有金属焊盘通孔，所述金属焊盘通孔分别将正反面背对设置的覆铜箔连接为一体；

所述等离子点火具（300）正面的一对覆铜箔通过内侧相对设置凸起电极连接的桥箔线相连；

所述等离子点火具（300）正面的一对覆铜箔内侧还垂直设置有L形的箔电极，两个箔电极的延伸端相对设置于桥箔线的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，其特征在于：所述印刷电路板（200）具体为细长型电路板，印刷电路板（200）接入卡腰（101）的一端为窄端，印刷电路板（200）设置有高压储能电容器（202）的一端为宽端；

所述等离子点火具（300）焊接在印刷电路板（200）的窄条端，使等离子点火具（300）的正面与雷管装药结构（400）相接触。

4.根据权利要求1所述的一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，其特征在于：所述封装芯片的8脚、9脚均与高压储能电容器（202）的正极端相连，所述高压储能电容器（202）的负极端并接封装芯片的5脚后与等离子点火具（300）其中一个金属焊盘通孔相连，所述等离子点火具（300）另一个金属焊盘通孔分别与封装芯片的6脚、7脚相连。

5.根据权利要求1所述的一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，其特征在于：所述等离子点火具（300）的绝缘板正反面具体采用真空镀金属膜进行刻蚀工艺制作电路；

所述印刷电路板（200）的两面均设置有电路覆铜箔。

6.根据权利要求1所述的一种高电压数码电路集成芯片控制的无起爆药电子雷管，其特征在于：所述高电压数码电路集成芯片（201）的供电电压由起爆器通过现场两线制总线D-Bus提供。

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