CN201218699Y - 一种电子雷管组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子雷管组件，包括雷管脚线、电子雷管控制芯片、储能装置、点火装置和输入保护装置。储能装置包括一个或多个电容，其诸电容连接在电子雷管控制芯片和地线之间，点火装置连接在储能装置和电子雷管控制芯片之间。输入保护装置一端连接雷管脚线，另一端与电子雷管控制芯片相连。输入保护装置包括一对阻值相同的电阻，其阻值取为千欧量级。该一对电阻串联在一对脚线和电子雷管控制芯片的一对管脚之间。输入保护装置还可包括一对极性相反地串联在一对雷管脚线或电子雷管控制芯片的一对管脚之间的齐纳二极管。如此技术方案，提高了电子雷管的整体抗静电特性，以及电子雷管组件的抗交/直流性能，使电子雷管在生产和使用中更安全。

Description

一种电子雷管组件

技术领域

本实用新型涉及火工品领域，尤其涉及一种对电子雷管组件安全性能的改进。

背景技术

20世纪80年代，日本、澳大利亚、欧洲等发达国家开始研究电子雷管技术。随着电子技术、微电子技术、信息技术的飞速发展，电子雷管技术取得了极大的进步。20世纪90年代末，电子雷管开始被投入应用试验和市场推广。

电子雷管和传统电雷管的主要区别在于用可延期的电子组件取代了传统的化学延期药，亦即，电子雷管在一对雷管脚线和点火头之间插入了可实现延期功能的电子组件。

图1为美国专利US006,892,643中公布的一种用于电子雷管的电子组件，其核心是根据外部数据信息来控制雷管工作的电子雷管控制芯片30。电子雷管控制芯片30的外部连接方式如图1。

美国专利US006,892,643的工作原理为：外部通过电子雷管的一对脚线、从管脚1和管脚2向电子雷管控制芯片30供电。通上电后，首先向电容24充电，以提供电子雷管控制芯片30正常工作所需能量；然后，电子雷管控制芯片30根据外部指令，控制对电容26的充电过程，以储存点燃点火头27所需的能量；最后，电子雷管控制芯片30根据外部指令，将电容26上储存的能量快速释放到点火头27上，从而引爆雷管。

美国专利US006,085,659进一步改进了上述美国专利，将其中的电容26和电容24合并为一个电容，该专利中其它部分的构成与图1完全相同，工作原理基本一致。

上述两个专利中的技术方案所存在的技术缺陷在于：

1.由于电子雷管控制芯片30的管脚1、管脚2与电子雷管的一对脚线分别直接相连，故电子雷管的耐压性能直接取决于电子雷管控制芯片30的耐压性能，亦即电子雷管整体所能承受的电压，完全取决于电子雷管控制芯片30的管脚1和管脚2所能承受的电压。

2.由于集成电路生产工艺的制约，电子雷管控制芯片30的抗ESD(Electro-Static Discharge，静电放电)特性仅能满足芯片30本身的抗ESD特性要求。采用上述两专利的技术方案，如图1，作用于电子雷管的静电将通过雷管的一对脚线直接作用于电子雷管控制芯片30。当作用于电子雷管的静电大于电子雷管控制芯片30可承受的静电指标时，电子雷管控制芯片30将被损坏。虽然，由于电子雷管控制芯片30的隔离，作用于电子雷管的静电不会作用于点火头27，亦即不会引燃点火头进而引爆雷管，但电子雷管控制芯片30的损坏将导致电子雷管无法起爆。

3.当由于某种错误，如电子雷管控制芯片30被击穿时，点火头27的两端有可能与电子雷管控制芯片30的管脚1、管脚2处于短路状态。采用上述两专利的技术方案，相当于加在雷管脚线上的电压将直接作用于点火头27上。此时，当在雷管的一对脚线上供电时，电子雷管将不受控制地非正常点火，这给雷管的使用带来了潜在的安全性危害。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种能提高电子雷管抗静电放电特性与耐交/直流电性能的电子组件，旨在提高电子雷管生产和使用过程中的安全性能。

本实用新型的方案设计如下：

一种电子雷管组件，包括电子雷管控制芯片、点火装置、储能装置。储能装置包括一个或多个电容，储能装置中的诸电容连接在电子雷管控芯片和地线之间；所述点火装置连接在储能装置和电子雷管控制芯片之间，尤其是，所述电子雷管组件还包括输入保护装置，其一端连接一对雷管脚线，另一端与电子雷管控制芯片相连。

所述电子雷管控制芯片，见专利03156912.9、200820111269.7或200820111270.X专利申请文件中所述的芯片。

作为本实用新型的一种技术方案，参见图2，输入保护装置10包括一对电阻11。一对电阻11分别连接在雷管脚线200和电子雷管控制芯片400的一对电子雷管的外部能量输入管脚110之间。

该技术方案的有益效果在于：

1.由于电容两端的电压不能跳变，因此，电容132的存在使得电子雷管控制芯片400的一对管脚110处于瞬时短路状态。当外部静电通过脚线200作用在电子组件上时，静电能量将大部分消耗在一对电阻11上。这样的技术方案大大降低了静电放电在电子雷管控制芯片400的一对管脚110上的作用效果，提高了电子雷管的整体抗静电性能。

2.一对电阻11串联在电子雷管的一对脚线200和电子雷管控制芯片400之间，与电子雷管控制芯片400构成了输入串联回路。当外部电压通过电子雷管的一对脚线200加到该输入串联回路上时，通过串联在该输入回路中一对电阻11的分压作用，还能提高电子雷管组件的耐交/直流性能。

3.一对电阻11构成的输入保护装置10，限制了可流入电子雷管控制芯片400的最大电流。因此，当电子雷管控制芯片400发生某种错误，例如，电子雷管控制芯片400被击穿时，若在电子雷管控制芯片400内部，连接点火装置50的管脚106、管脚107分别与电子雷管控制芯片400的一对管脚110直接接通，则当一对脚线200外接电压时，输入保护装置10中的一对电阻11将有效地限制点火装置50上通过的电流，从而避免了电子雷管的非正常发火，有效保障了电子雷管的使用安全性。

作为本实用新型的再一种技术方案，参见图3与图4，输入保护装置除包括上述一对电阻11外，还包括一对齐纳二极管。该一对齐纳二极管极性相反地串联在一对雷管脚线200之间，或电子雷管控制芯片400的电子雷管的外部能量输入管脚110之间。该技术方案的有益效果在于：

1.将一对齐纳二极管14极性相反地串联在一对雷管脚线200之间时，参见图3，当雷管的一对脚线200外接电压，齐纳二极管的特性，即，对于正向电压的导通特性、以及对于过高反向电压的雪崩击穿效应，使得一对脚线200间的电压能得到有效控制。也就是说，齐纳二极管的接入，确保了输入本电子雷管组件的电压不大于上述一对齐纳二极管14的击穿电压。因此，合理选择齐纳二极管14的击穿电压即可有效控制一对脚线200间输入电子雷管组件的电压，从而可以进一步提高本电子雷管组件的抗静电特性和耐交/直流性能。

2.将一对齐纳二极管13极性相反地串联在电子雷管控制芯片400的电子雷管的外部能量输入管脚110之间时，参见图4，同样道理，齐纳二极管的特性，将保证作用于电子雷管控制芯片400的管脚110的电压不大于该齐纳二极管13的击穿电压。因此，合理选择齐纳二极管13的击穿电压即可有效控制作用在电子雷管控制芯片400的一对管脚110上的电压，从而可以进一步提高电子雷管组件的抗静电特性和耐交/直流性能。

本实用新型的优选方案在于：上述一对电阻11，其阻值相同，且均为千欧量级。其阻值范围优选在1KΩ到10KΩ之间，以2KΩ为最佳。有益效果在于：

将电阻11的阻值取为千欧量级，在不影响芯片400正常工作的前提下，可确保允许输入电子雷管组件的最大电流远小于点火装置50的最大不发火电流，从而保障雷管在使用过程中的安全性。

附图说明

图1为美国专利US006,892,643中公布的电子雷管组件的构成；

图2为本实用新型采用双电阻的双电容实施方式；

图3为本实用新型采用双电阻和位于雷管脚线侧的一对齐纳二极管的双电容实施方式；

图4为本实用新型采用双电阻和位于芯片侧的一对齐纳二极管的双电容实施方式；

图5为本实用新型采用双电阻的单电容实施方式；

图6为本实用新型采用双电阻和位于雷管脚线侧的一对齐纳二极管的单电容实施方式；

图7为本实用新型采用双电阻和位于芯片侧的一对齐纳二极管的单电容实施方式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图2为本实用新型采用的储能装置130由双电容构成、输入保护装置10由一对电阻11构成的电子雷管组件的一种实施方式。该实施方式中的电子雷管组件包括电子雷管控制芯片400、输入保护装置10、雷管脚线200、储能装置130、点火装置50(可利用现有的点火头方案，图中即点火头50)、和去耦电容60。其中电子雷管控制芯片400，参见专利ZL03156912.9和200820111269.7专利申请文件中所述的芯片。

点火装置50连接在储能装置130和电子雷管控制芯片400之间。储能装置130包括电容131和电容132，电容131与电容132连接在电子雷管控制芯片400和地线之间。输入保护装置10一端连接一对雷管脚线200，另一端与电子雷管控制芯片400相连。具体如下：

储能装置130用于储存本实用新型所述电子雷管组件通过一对脚线200接收到的能量，包括两个电容，分别为电容131和电容132。电容131向电子雷管控制芯片400中的数字电路提供正常工作所需电量，故可称其为数字储能电容。当外部供电停止，例如通信或起爆过程中发生线路故障时，电容131中所储能量将维持电子雷管控制芯片400在一段时间内的正常工作，以确保起爆过程的顺利完成。电容132向点火头50提供发火所需能量，故可称其为起爆电容。该起爆电容132优先采用低漏电的电容，如钽电容。

电容131的正极与电子雷管控制芯片400的能量输入/输出管脚104相连，其负极与电子雷管控制芯片400的信号参考地(地线)管脚102相连；电容132的正极与电子雷管控制芯片400的能量输入/输出管脚106相连，其负极与电子雷管控制芯片400的信号参考地(地线)管脚102相连。

点火头50用于将电容132储存的能量转换为引燃点火药剂所需的热能，该点火头50可以采用桥丝、半导体电桥等实现方式。点火头50的一端连接上述储能装置130中电容132的正极，另一端连接所述电子雷管控制芯片400的控制雷管点火的管脚107。当电子雷管点火时，电子雷管控制芯片400控制使其管脚107和信号参考地管脚102间处于短路状态，此时点火头50等效于并联在电容132的两端。因此电容132中储存的能量通过点火头50快速释放转化为热能，引燃点火药剂，从而引爆雷管。

输入保护装置10包括一对电阻11。该对电阻11分别无极性区分地串联在一对雷管脚线200与电子雷管控制芯片400的一对管脚110之间。为保证一对电子雷管输入端极性的可互换性，该对电阻11的电阻取值一般相同，其阻值范围在1KΩ到10KΩ之间，以2KΩ为最佳。该阻值范围是从以下两方面考虑而得的：

将电子雷管控制芯片400等效为一个阻值为r的阻抗元件，则所述一对电阻11的阻值R取决于电子雷管控制芯片400的工作电压V、工作电流I、以及一对雷管脚线200间的输入电压V_in。该关系由以下关系式表达：

R＝(V_in-V)/2I

V＝Ir

(i)假设电子雷管控制芯片400的最低工作电压为V_min，此时的工作电流为I₁，加在雷管的一对脚线200间的输入电压为(V_in)_min，则所述一对电阻11的最大阻值(R_in)_max可表达为：

(R_in)_max＝((V_in)_min-V_min)/2I₁

(ii)假设电子雷管控制芯片400的一对管脚110直接短接于点火头50的两端，即，考虑电子雷管控制芯片400被击穿时，电子雷管控制芯片400的一对管脚110分别同电子雷管控制芯片400的管脚106、管脚107相接的极限情况。点火头50的电阻值通常远小于输入保护装置10中的一对电阻11的阻值，故可忽略不计。因此，输入保护装置10中的一对电阻11的阻值的最小值(R_in)_min取决于雷管的一对脚线200上输入的最高电压(V_in)_max和点火头50的最大不发火电流I_max，该关系由以下关系式表达：

(R_in)_min≈(V_in)_max/2I_max

由以上分析可知，输入保护装置10中的一对电阻11的取值介于(R_in)_min和(R_in)_max之间，即：

(R_in)_min＜R＜(R_in)_max

按照国标要求，点火头50的最大不发火电流I_max应不大于30mA，通常电子雷管控制芯片400的工作电流I约为30μA。此外，考虑到对数字储能电容131或起爆电容132充电所需的时间不宜过长，因此，将电子雷管控制芯片400的一对管脚110输入的最大电流控制在1～10mA之间，也即，使得1＜I＜10(mA)即可满足要求。因此输入保护装置10中的一对电阻11的取值应控制在千欧量级，以1KΩ到10KΩ之间为优选，以2KΩ为最佳。在电子雷管控制芯片400正常工作时，从雷管的一对脚线200输入的电压在输入保护装置10的一对电阻11上的衰减约为0.1V，不会影响电子雷管电子组件的正常工作。

图2中示出的去耦电容60，用于滤除电子雷管控制芯片400工作时导致的工作电源的噪声，提高芯片400的延期时间精度。去耦电容60的一端连接电子雷管控制芯片400的管脚108，另一端连接电子雷管控制芯片400的信号参考地(地线)管脚102。该去耦电容60在对延期时间精度要求不高时可以省略。

图3是在图2所示实施方式基础上的进一步改进。在雷管的一对脚线200之间，极性相反地串联了一对齐纳二极管14，该齐纳二极管14与电阻11共同构成了输入保护装置12。该实施方式利用齐纳二极管的正向导通、反向限压特性提高了电子雷管控制电路的耐交/直流特性；同时，利用齐纳二极管对反向过高电压的大电流泄放能力，进一步提高了电子雷管控制电路的抗静电特性。根据电子雷管组件所允许的最大可输入电压值，选择合适的齐纳二极管14的击穿电压值，即可有效地控制雷管的一对脚线200间的电压，从而提高电子雷管组件的抗静电特性和耐交/直流性能。

图4亦是在图2所示实施方式基础上的进一步改进。与图3所示实施方式不同的是，本实施方式将一对齐纳二极管13极性相反地串联在电子雷管控制芯片400的电子雷管的外部能量输入管脚110之间，其设计思想与所起到的效果与图3中所示实施方式完全相同。结合图3与图4中的实施方式可知，所谓极性相反地串联，也就是将两个齐纳二极管的一对正极相连，或将其一对负极相连，作用效果完全一样。

除此之外，图4所示实施方式省略了图3实施方式中的去耦电容60。在对延期时间精度要求不高时，去掉去耦电容60对整个雷管性能没有明显影响。

图5为本实用新型采用的储能装置40由单电容33构成、输入保护装置20由一对电阻21构成的电子雷管组件的一种实施方式。与图2中所示实施方式相比，图5中将图2所示储能装置130中的数字储能电容131与起爆电容132所起的功能，合并为图5所示储能装置40中的电容33，亦即，电容33既作为数字储能电容为电子雷管控制芯片100的数字电路工作供电，又作为起爆电容为点火头50的发火供能。该实施方式的其他部分、及其连接方式与作用效果，同图2中实施方式基本一致。其中电子雷管控制芯片100，参见专利ZL03156912.9和200820111270.X专利申请文件中所述的芯片。

与储能装置由双电容构成的技术方案一样，电子雷管控制芯片100可等效为一阻抗元件r′，并类似地由电子雷管控制芯片100的工作电压V′、工作电流I′、以及一对雷管脚线200间的输入电压V_in′，来计算输入保护装置20中的一对电阻21的阻值范围。此处不再赘述。

图6、图7分别对应图3、图4中的储能模块130改用含单电容33的储能模块40的实施方式。

图6中，储能装置40与图5中实施方式一样，采用单电容33完成对电子雷管控制芯片100的供电、以及对点火头50发火的供能。输入保护装置25包括一对电阻21、以及一对极性相反地串联在雷管的一对脚线200之间的齐纳二极管18。

图7中，输入保护装置28包括一对电阻21、以及一对极性相反地串联在电子雷管控制芯片100的一对管脚110之间的齐纳二极管19。

总而言之，输入保护装置能有效地提高电子雷管产品的抗静电性能、以及耐交/直流性能，提高了雷管产品在运输与使用中的安全性。

Claims (7)

1.一种电子雷管组件，包括一对雷管脚线、电子雷管控制芯片、储能装置、和点火装置，所述储能装置包括一个或多个电容，所述储能装置的诸电容连接在所述电子雷管控制芯片和地线之间，所述点火装置连接在所述储能装置和所述电子雷管控制芯片之间，其特征在于：

所述电子雷管组件还包括输入保护装置，其一端连接所述一对雷管脚线，另一端与所述电子雷管控制芯片相连。

2.按照权利要求1所述的电子雷管组件，其特征在于：

所述输入保护装置包括一对电阻，所述一对电阻中的每一个分别连接在所述雷管脚线和所述电子雷管控制芯片上的电子雷管的外部能量输入管脚之间。

3.按照权利要求1所述的电子雷管组件，其特征在于：

所述输入保护装置包括一对电阻、和一对齐纳二极管，所述一对电阻中的每一个分别连接在所述雷管脚线和所述电子雷管控制芯片的电子雷管的外部能量输入管脚之间，所述一对齐纳二极管极性相反地串联在所述一对雷管脚线之间。

4.按照权利要求1所述的电子雷管组件，其特征在于：

所述输入保护装置包括一对电阻、和一对齐纳二极管，所述一对电阻中的每一个分别连接在所述雷管脚线和所述电子雷管控制芯片的电子雷管的外部能量输入管脚之间，所述一对齐纳二极管极性相反地串联在所述电子雷管控制芯片的一对电子雷管的外部能量输入管脚之间。

5.按照权利要求2、3或4所述的电子雷管组件，其特征在于：

所述一对电阻的阻值相同，其阻值均为千欧量级。

6.按照权利要求5所述的电子雷管组件，其特征在于：

所述电阻的阻值范围在1KΩ到10KΩ之间。

7.按照权利要求2、3、4或6所述的电子雷管组件，其特征在于：

所述电阻的阻值为2KΩ。

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