CN201218702Y - 电子雷管控制芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电子雷管控制芯片，包含整流电桥电路，其一端通向通信接口电路之一端，共同构成一套通向芯片外部的管脚一；充电电路，其一端连接整流电桥电路，该端还通向芯片外部以构成一套管脚二；充电控制电路，其一端连接到整流电桥电路，该端还通向芯片外部以构成一套管脚四；安全放电电路，其一端连接到逻辑控制电路，剩余的一端连接到管脚四上；电源管理电路，其一端连接到管脚二，其余一端构成芯片的电源输出端管脚五通向芯片外；通信接口电路；复位电路；发火控制电路；时钟电路；逻辑控制电路；非易失性存储器。如此技术方案，使该电子雷管控制芯片实现了双线无极性连接、双向通信、延期时间等各项功能。

Description

电子雷管控制芯片

技术领域

本实用新型涉及一种电子雷管控制芯片，属于火工品制造技术领域。

背景技术

普通电雷管采用延期体实现延期起爆功能，这种设计不仅延期精度差，延期的时间也不可改变。另外，由于延期体中含有延期药和铅这样的重金属，雷管的使用后重金属会散佚，延期药燃烧会导致环境污染。普通电雷管的起爆过程不可控制，通电即进入起爆流程，不可逆转，遇紧急情况则不可中断。另外，由于点火头直接和雷管脚线连接，静电、射频、杂撒电流等外部干扰，直接影响雷管生产、储存和使用过程的安全性。

在传统体制和技术下，当前一般雷管的管理不便控制，未经授权的人员是有可能接触到雷管这类危险品的，因此而导致的雷管流失必定会影响社会的安全，所以目前我国采用在雷管外壳上打标编码的方式强化对雷管的管理。但是对雷管外壳打标编码的物理作用过程会影响雷管的生产安全。此外，打标编码同样没有解决雷管的使用管理的可控性问题。

发明内容

由于普通电雷管所存在的上述诸多缺陷，自上世纪八十年代开始，许多发达国家开始研究基于电路技术和微电子技术的电子雷管。电子雷管的主要创意在于：在雷管脚线和点火装置之间接入电子雷管控制器电路板，隔离雷管脚线和点火头之间的连接，使雷管的起爆过程可控。电子雷管控制芯片为该电路板的核心部件，因而，本实用新型提供了一种电子雷管控制芯片。

本实用新型的目的在于解决上述缺陷，提供一种实现双线无极性连接、雷管和起爆设备之间双向通信、内置雷管身份代码、起爆过程可控、延期时间可在线编程的电子雷管控制芯片。

本实用新型提供了一种电子雷管控制芯片，包含：通信接口电路、整流电桥电路、充电电路、充电控制电路、电源管理电路、发火控制电路、逻辑控制电路、非易失性存储器、复位电路、安全放电电路、和时钟电路。

所述整流电桥电路，其一端通向通信接口电路之一端，共同构成一套通向所述芯片外部的管脚一；所述整流电桥电路的另一端通向所述充电电路和所述充电控制电路，向二者供电，其余一端接地。整流电桥电路的存在，实现了电子雷管脚线的无极性连接，消除了电子雷管脚线被反接导致电子雷管控制芯片损坏的危险，使得爆破工程的施工更加简便、安全。

所述充电电路，其一端连接所述整流电桥电路，另一端通向所述电源管理电路，该端还通向所述芯片外部以构成一套管脚二。这就实现了对电子雷管控制芯片外部的储能装置的能量存储，从而，在爆破施工过程中，因飞石等意外事件造成电子雷管外部供电中断时，上述储能装置中所储能量仍然能保证电子雷管控制芯片在一定时间内的正常工作。

所述充电控制电路，其一端连接到所述整流电桥电路，另一端连接到所述逻辑控制电路，其余一端连接到所述安全放电电路，该端还通向所述芯片外部以构成一套管脚四。这就控制了对所述电子雷管控制芯片外部的起爆电容的充电过程，通过对此过程的严格控制，保障了在爆破准备阶段对电子雷管的操作的安全性。

所述安全放电电路，其一端连接到所述逻辑控制电路，另一端接地，剩余的一端连接到所述管脚四上。这就使得电子雷管的爆破过程可中断，从而提高了电子雷管爆破网络的故障处理能力。

所述电源管理电路，其一端连接到所述管脚二，另一端接地，其余一端构成所述芯片的电源输出端管脚五，通向所述芯片外。

所述通信接口电路，其一端接地，一端连接所述管脚一，一端通向所述逻辑控制电路，其余的一端连接到所述管脚五。通信接口的存在，实现了电子雷管和外部起爆设备的信息交互，使电子雷管可在线编程；还实现了电子雷管的外部起爆设备对雷管起爆过程的控制，使电子雷管起爆过程更为安全。

所述复位电路，其一端接地，一端连接到所述管脚五，其余的一端连接到所述逻辑控制电路。

所述发火控制电路，其一端接地，另一端通向所述芯片外以构成一套管脚三，该管脚连接到芯片外部的雷管点火头，其余的一端连接到所述逻辑控制电路。所述发火控制电路隔离了点火头和外部雷管脚线的连接，从而隔绝了静电、射频、杂散电流等干扰对点火头安全性的影响，使得电子雷管的储存和使用更加安全。由于发火控制电路受所述逻辑控制电路的控制，即使芯片外用于点火头和芯片工作的储能装置充上足以引爆雷管的能量，雷管也必须在外部专用起爆设备的控制下才能引爆，因此实现了对起爆能量的管理，使起爆过程更加安全。

所述时钟电路，其一端连接到所述管脚五，另一端通向所述逻辑控制电路。该时钟电路，使得雷管的延期时间更加精确。

所述逻辑控制电路，其一端连接到所述时钟电路，一端连接所述管脚五，一端接地，一端连接所述非易失性存储器，一端连接所述通信接口电路，一端连接所述复位电路，一端连接所述安全放电电路，一端连接所述发火控制电路。它和时钟电路一起，实现雷管的延期功能。这就避免了延期药的存在，减少了重金属的使用，缓解环境污染。

所述非易失性存储器，一端连接所述管脚五，一端连接到所述逻辑控制电路，一端接地。其中还存储了电子雷管的电子编码、身份序列号，从而实现身份/密码管理。避免了雷管生产过程中的打标编码的步骤，提高了雷管生产的安全性。

作为本实用新型的一方面，所述充电电路，包含串联着的一个电阻和一个二极管，所述二极管的阴极指向所述芯片外部；所述电阻阻值为1～10千欧。其中，串联在充电电路中的电阻用于限制充电电流，防止充电过程对连接雷管的信号总线的冲击，提高系统工作的可靠性；将上述电阻的阻值限制在1～10千欧，即可将充电电流控制在毫安量级，从而可防止电流过大对芯片的损坏；其中，串联在充电电路中的二极管可进行反向限流，亦即，当外部供电中断时，储能装置中的电容所储能量通过该充电电路反向释放，导致储能装置能量的损失。

另一方面，所述安全放电电路，包含一个电阻和一个NMOS管，所述NMOS管的源极和衬底接地，漏极经所述电阻连接到所述管脚四，栅极连接到所述逻辑控制电路；所述电阻阻值为1～10千欧。这就提高了储能装置中的起爆电容的安全性，亦即，保证通信过程和数据交换过程中，上述起爆电容的两端处于短接状态，从而该起爆电容不储能，进而保证了起爆前对电子雷管操作的安全性。此外，起爆准备状态中，对芯片外储能装置中的电容充电准备起爆后，因故障欲中断起爆过程时，则通过该安全放电电路把电容中的电放掉。这就提高电子雷管的故障处理能力。

作为本实用新型的再一方面，所述发火控制电路，包含一个NMOS管，所述NMOS管的源极和衬底接地，漏极连接所述管脚三，栅极连接到所述逻辑控制电路。这就隔离了点火头和处于芯片外部的雷管脚线通路，防止静电、射频和杂散电流等外部因素对系统安全的影响。另外，还实现了点火过程的可控性。

本实用新型还有一方面，所述充电控制电路，包含两个电阻、一个二极管、一个PMOS管、一个NMOS管；其中所述NMOS管的源极和衬底接地，栅极连接到所述逻辑控制电路，其漏极连接到所述PMOS管的栅极；其中所述PMOS管的源极和衬底连接到所述整流电桥电路，其漏极经过所述两个电阻之一和所述二极管的串联连接到所述管脚四，所述二极管的阴极朝向管脚四；另一个电阻跨接在所述PMOS管的衬底和所述NMOS管的漏极之间；所述电阻阻值为1～10千欧，目的在于把电流控制在毫安级别，防止电流过大，影响系统的可靠性。

以及，所述充电控制电路，包含两个电阻、一个二极管、一个PMOS管、一个NMOS管；其中所述NMOS管的源极和衬底接地，栅极连接到所述逻辑控制电路，其漏极连接到所述PMOS管的栅极；其中所述PMOS管的源极和衬底经过所述两个电阻之一连接到所述整流电桥电路，其漏极经过所述二极管连接到所述管脚四，所述二极管的阴极朝向管脚四；另一个电阻跨接在所述PMOS管的衬底和所述NMOS管的漏极之间；所述电阻阻值为1～10千欧，目的在于把电流控制在毫安级别，防止电流过大，影响系统的可靠性。

附图说明

图1利用本实用新型所构建的电子雷管控制芯片的逻辑框图；

图2为本实用新型所述芯片中充电电路的一种实施方式；

图3为本实用新型所述芯片中安全放电电路的一种实施方式；

图4为本实用新型所述芯片中发火控制电路的一种实施方式；

图5为本实用新型所述芯片中充电控制电路的一种实施方式；

图6为本实用新型所述芯片中充电控制电路的另一种实施方式。

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1提供了一种电子雷管控制芯片100，如图1中虚框中所示部分，包含：通信接口电路101、整流电桥电路102、充电电路103、充电控制电路110、电源管理电路104、发火控制电路105、逻辑控制电路106、非易失性存储器107、复位电路111、安全放电电路108、和时钟电路202。

所述整流电桥电路102，其一端通向通信接口电路101之一端，共同构成通向所述芯片100外部的管脚1，该管脚1连接到芯片100外部的雷管脚线201，外部能量通过雷管脚线201输入到芯片100；所述整流电桥电路102的另一端通向所述充电电路103和所述充电控制电路110，向二者供电，其余一端接地109，如图1。该整流电桥电路102用以实现电子雷管的双线无极性连接，方便爆破施工。

所述充电电路103，其一端连接所述整流电桥电路102，另一端通向所述电源管理电路104，该端还通向所述芯片100外部构成管脚2，该管脚2连接到芯片100外部的储能装置203，如图1。该储能装置203体现为两个或多个电容，其中，为芯片100常工作供能的电容可称为数字储能电容，为点火装置204发火供能的电容可称为起爆电容。上述管脚2用于芯片100对储能装置203中的数字储能电容进行充电；并且，当通过雷管脚线201输入的外部能量被中止时，上述数字储能电容所储存的能量将通过该管脚2进入芯片100，并连接到电源管理电路104，用以保证芯片100内部的数字电路在一定时间内的正常工作。

所述充电控制电路110，其一端连接到所述整流电桥电路102，另一端连接到所述逻辑控制电路106，其余一端连接到所述安全放电电路108，该端还通向所述芯片100外部构成管脚4，该管脚4连接到芯片100外部的储能装置203。如图1。该管脚4用于芯片100对储能装置203中的起爆电容进行充电；并且，当需要中止该次起爆时，上述起爆电容所储存的能量还将通过该管脚4进入芯片100，并连接到安全放电电路108，用于对上述起爆电容中所储能量的释放，以使电子雷管回复到安全状态。

所述安全放电电路108，其一端连接到所述逻辑控制电路106，另一端接地109，剩余的一端连接到所述管脚4上，并与储能装置203连接。该安全放电电路108即在上述逻辑控制电路106的控制下，完成对上述起爆电容中所储能量的释放。

所述电源管理电路104，其一端连接到所述管脚2，另一端接地109，其余一端构成所述芯片100的电源输出端管脚5，通向所述芯片100外，如图1。在电子雷管对延期精度要求较高时，该管脚5通向芯片100外，可连接到一电容的正极，该电容的负极接地，从而构成一去耦电路，可滤除芯片100作导致的工作电源的噪声，进而提高了电子雷管的延期精度。

所述通信接口电路101，其一端接地109，一端连接所述管脚1，该端还连接到芯片100外部的雷管脚线201，如图1，通信接口电路101还有一端通向所述逻辑控制电路106，其余的一端连接到所述管脚5。该通信接口电路101用以完成电子雷管与外部起爆设备之间的通信，从而实现了电子雷管爆破网络的双向通信。

所述复位电路111，其一端接地109，一端连接到所述管脚5，其余的一端连接到所述逻辑控制电路106，如图1。该复位电路111用以为芯片100提供初始状态，以避免其内部的逻辑混乱。

所述发火控制电路105，其一端接地109，另一端通向所述芯片100外构成管脚3，其余的一端连接到所述逻辑控制电路106。芯片100的管脚3连接到芯片100外部的点火装置204，该点火装置204的另一端连接到上述储能装置203中的起爆电容，如图1。该发火控制电路105在逻辑控制电路106的控制下，使得点火装置204与发火控制电路105相接的一端接地，从而，上述起爆电容中所储能量将通过点火装置快速释放，引爆雷管。

所述时钟电路202，其一端连接到所述管脚5，另一端通向所述逻辑控制电路106，如图1。

所述逻辑控制电路106，其一端连接到所述时钟电路202，一端连接所述管脚5，一端接地，一端连接所述非易失性存储器107，一端连接所述通信接口电路101，一端连接所述复位电路111，一端连接所述安全放电电路108，一端连接所述发火控制电路105，如图1。

所述非易失性存储器107，一端连接所述管脚5，一端连接到所述逻辑控制电路106，一端接地，如图1。

如图2，本实用新型的一种实施方式，所述充电电路103，包含串联着的一个电阻301和一个二极管302，所述二极管302的阴极指向所述芯片100外部；所述电阻301的阻值为1～10千欧。

如图3，本实用新型的另一种实施方式，所述安全放电电路108，包含一个电阻801和一个NMOS管802，所述NMOS管802的源极和衬底接地，漏极经所述电阻801连接到所述管脚4，即与储能装置203中的起爆电容相连，栅极连接到所述逻辑控制电路106；所述电阻阻值为1～10千欧。

如图4，作为本实用新型的再一方面，所述发火控制电路105，包含一个NMOS管803，所述NMOS管803的源极和衬底接地，漏极连接所述管脚3，栅极连接到所述逻辑控制电路106。

如图5，本实用新型还有一方面，所述充电控制电路110，包含两个电阻401和403、一个二极管404、一个PMOS管402、一个NMOS管405；其中所述NMOS管405的源极和衬底接地109，栅极连接到所述逻辑控制电路106，其漏极连接到所述PMOS管402的栅极；其中所述PMOS管402的源极和衬底连接到所述整流电桥电路102，其漏极经过所述电阻403和所述二极管404的串联连接到所述管脚4，所述二极管404的阴极朝向管脚4；电阻401跨接在所述PMOS管402的衬底和所述NMOS管405的漏极之间；所述电阻401和403阻值为1～10千欧。

如图6，所述充电控制电路110，包含两个电阻401和403、一个二极管404、一个PMOS管402、一个NMOS管405；其中所述NMOS管405的源极和衬底接地109，栅极连接到所述逻辑控制电路106，其漏极连接到所述PMOS管402的栅极；其中所述PMOS管402的源极和衬底经过电阻403连接到所述整流电桥电路102，其漏极经过二极管404连接到所述管脚4，所述二极管404的阴极朝向管脚4；电阻401跨接在PMOS管402的衬底和NMOS管405的漏极之间；所述电阻403和401的阻值为1～10千欧。

Claims (7)

1.一种电子雷管控制芯片，其特征在于：

包含：通信接口电路、整流电桥电路、充电电路、充电控制电路、电源管理电路、发火控制电路、逻辑控制电路、非易失性存储器、复位电路、安全放电电路、时钟电路；

所述整流电桥电路，其一端通向通信接口电路之一端，共同构成一套通向所述芯片外部的管脚一；所述整流电桥电路的另一端通向所述充电电路和所述充电控制电路，向二者供电，其余一端接地；

所述充电电路，其一端连接所述整流电桥电路，另一端通向所述电源管理电路，该端还通向所述芯片外部以构成一套管脚二；

所述充电控制电路，其一端连接到所述整流电桥电路，另一端连接到所述逻辑控制电路，其余一端连接到所述安全放电电路，该端还通向所述芯片外部以构成一套管脚四；

所述安全放电电路，其一端连接到所述逻辑控制电路，另一端接地，剩余的一端连接到所述管脚四上；

所述电源管理电路，其一端连接到所述管脚二，另一端接地，其余一端构成所述芯片的电源输出端管脚五，通向所述芯片外；

所述通信接口电路，其一端接地，一端连接所述管脚一，一端通向所述逻辑控制电路，其余的一端连接到所述管脚五；

所述复位电路，其一端接地，一端连接到所述管脚五，其余的一端连接到所述逻辑控制电路；

所述发火控制电路，其一端接地，另一端通向所述芯片外以构成一套管脚三，其余的一端连接到所述逻辑控制电路；

所述时钟电路，其一端连接到所述管脚五，另一端通向所述逻辑控制电路；

所述逻辑控制电路，其一端连接到所述时钟电路，一端连接所述管脚五，一端接地，一端连接所述非易失性存储器，一端连接所述通信接口电路，一端连接所述复位电路，一端连接所述安全放电电路，一端连接所述发火控制电路；

所述非易失性存储器，一端连接所述管脚五，一端连接到所述逻辑控制电路，一端接地。

2.按照权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：

所述充电电路，包含串联着的一个电阻和一个二极管，所述二极管的阴极指向所述芯片外部。

3.按照权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：

所述安全放电电路，包含一个电阻和一个NMOS管，所述NMOS管的源极和衬底接地，漏极经所述电阻连接到所述管脚四，栅极连接到所述逻辑控制电路。

4.按照权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：

所述发火控制电路，包含一个NMOS管，所述NMOS管的源极和衬底接地，漏极连接所述管脚三，栅极连接到所述逻辑控制电路。

5.按照权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：

所述充电控制电路，包含两个电阻、一个二极管、一个PMOS管、一个NMOS管；其中所述NMOS管的源极和衬底接地，栅极连接到所述逻辑控制电路，其漏极连接到所述PMOS管的栅极；其中所述PMOS管的源极和衬底连接到所述整流电桥电路，其漏极经过所述两个电阻之一和所述二极管的串联连接到所述管脚四，所述二极管的阴极朝向管脚四；另一个电阻跨接在所述PMOS管的衬底和所述NMOS管的漏极之间。

6.按照权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：

所述充电控制电路，包含两个电阻、一个二极管、一个PMOS管、一个NMOS管；其中所述NMOS管的源极和衬底接地，栅极连接到所述逻辑控制电路，其漏极连接到所述PMOS管的栅极；其中所述PMOS管的源极和衬底经过所述两个电阻之一连接到所述整流电桥电路，其漏极经过所述二极管连接到所述管脚四，所述二极管的阴极朝向管脚四；另一个电阻跨接在所述PMOS管的衬底和所述NMOS管的漏极之间。

7.按照权利要求2、3、5、或6所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：

所述电阻阻值为1～10千欧。

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