CN217844935U - 抗静电保护电路、电子雷管模块及电子雷管爆破控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种抗静电保护电路、电子雷管模块及电子雷管爆破控制系统，R的另一端连接第一抗静电干扰管的一端和电子雷管芯片的第一引脚；第一抗静电干扰管的另一端连接第二抗静电干扰管的一端和C1的一端；R1的另一端连接第二抗静电干扰管的另一端和电子雷管芯片的第二引脚；电子雷管芯片的第三引脚连接通信电容的一端；电子雷管芯片的第四引脚连接Rf的一端和储能电容的一端；电子雷管芯片的第五引脚连接Rf的另一端。本实用新型电子雷管芯片集成度高，不易受外界静电干扰影响，通过对电子雷管芯片外围增加抗静电保护器件，将电子雷管模块的抗静电能力提升。
Description
技术领域
本实用新型涉及抗静电保护电路的技术领域，具体地，涉及一种抗静电保护电路、电子雷管模块及电子雷管爆破控制系统，尤其是，优选的涉及一种高集成度电子雷管的抗静电保护电路。
背景技术
电子雷管爆破控制系统包括起爆器和电子雷管模块，其中电子雷管模块以并联方式与起爆器连接，起爆器可同时控制多个电子雷管工作。电子雷管一般是通过收到起爆器的起爆信号后进行爆破，电子雷管与起爆器之间的信号传输一般都是通过有线传输，但当在井下、隧道、金属矿山等复杂工作环境使用时，电子雷管与起爆器之间的信号传输经常受到干扰，通信可靠性不高，更为重要的是电子雷管都采用延期爆破的方式，先引爆的雷管在起爆后产生的电干扰信号通过后起爆雷管的脚线进入雷管，如果电子雷管的抗干扰能力太弱，容易导致雷管出现拒爆，电子雷管的可靠性和安全性不高。一般电子雷管受限于芯片本身的抗静电能力，静电防护等级大概在6kV以下。
公开号为CN104457462A的中国发明专利公开了一种电子雷管起爆网络控制系统，包括上位机控制模块、驱动器模块、起爆器控制模块、切换开关和起爆网络，所述起爆器控制模块的信号输入端与上位机控制模块连接，输出端通过切换开关与起爆网络连接，所述起爆器控制模块的输出端还与驱动器模块的输入端连接，所述驱动器模块的输出端与切换开关连接。
针对上述中的现有技术，发明人认为特别是集成度低的雷管芯片，外围引脚相对较多，更容易受外界静电干扰影响，相对于集成度高的芯片来说就需要更多的外围保护电路，模块的复杂度和成本都相对比较高。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种抗静电保护电路、电子雷管模块及电子雷管爆破控制系统。
根据本实用新型提供的一种抗静电保护电路，包括第一总线限流电阻R、第二总线限流电阻R1、第一抗静电干扰管、第二抗静电干扰管、第一电容C1、电子雷管芯片、通信电容、发火元件Rf和储能电容；
所述第一总线限流电阻R的一端和第二总线限流电阻R1的一端能够连接起爆器；
所述第一总线限流电阻R的另一端分别连接第一抗静电干扰管的一端和电子雷管芯片的第一引脚；
所述第一抗静电干扰管的另一端分别连接第二抗静电干扰管的一端和第一电容C1的一端；
所述第一电容C1的另一端接地；
所述第二总线限流电阻R1的另一端分别连接第二抗静电干扰管的另一端和电子雷管芯片的第二引脚；
所述电子雷管芯片的第三引脚连接通信电容的一端；
所述通信电容的另一端接地；
所述电子雷管芯片的第四引脚分别连接发火元件Rf的一端和储能电容的一端；
所述电子雷管芯片的第五引脚连接发火元件Rf的另一端；
所述储能电容的另一端接地。
优选的，所述第一抗静电干扰管和第二抗静电干扰管均为双向TVS管；
或者，
所述第一抗静电干扰管和第二抗静电干扰管均为双向ESD管。
优选的，所述双向TVS管包括36V双向TVS管。
优选的，所述双向ESD管包括36V双向ESD管。
优选的，所述发火元件Rf包括桥丝电阻或金属贴边电阻。
优选的，所述第一总线限流电阻R和第二总线限流电阻R1可更换设置。
根据本发明提供的一种电子雷管模块，包括抗静电保护电路。
优选的，该电子雷管模块还包括第一脚线和第二脚线；
所述第一总线限流电阻R的一端通过第一脚线连接起爆器；
所述第二总线限流电阻R1的一端通过第二脚线连接起爆器。
根据本发明提供的一种电子雷管爆破控制系统，包括起爆器和多个电子雷管模块；
所述电子雷管模块均并联起爆器。
优选的，该爆破控制系统还包括第一总线和第二总线；
所述电子雷管模块的第一脚线均通过第一总线连接起爆器；
所述电子雷管模块的第二脚线均通过第二总线连接起爆器。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、本实用新型的电子雷管芯片包括五个引脚连接，集成度高，采用高集成度的电子雷管芯片，外部受静电干扰的引脚数少，不易受外界静电干扰影响，所需要的保护电路就更简单，成本越低；且通过对电子雷管芯片外围增加少量的阻容和抗静电保护器件，可以将电子雷管模块整体的抗静电能力(接触放电)提升，不仅不会引起雷管误爆，同时也保证了雷管在强静电干扰下还能正常工作和引爆，远远高于目前电子雷管规范抗静电能力及不误爆的要求；
2、本实用新型抗静电干扰管采用双向TVS管或者双向ESD管，用于抑制静电信号或高频干扰信号，根据实际应用场景选择合适的器件使用；
3、本实用新型中采用36V双向TVS管，可以适应A、B总线无极性和模块最高工作电压32V的特性；
4、本实用新型发火元件采用桥丝电阻或金属贴片电阻，有利于加热之后引爆药头。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为电子雷管组网示意图；
图2为电子雷管模块抗干扰电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
本实用新型实施例公开了一种高集成度电子雷管的抗静电保护电路，如图1和图2所示，包括第一总线限流电阻R、第二总线限流电阻R1、第一抗静电干扰管、第二抗静电干扰管、第一电容C1、电子雷管芯片、通信电容、发火元件Rf和储能电容。第一抗静电干扰管和第二抗静电干扰管均为双向TVS管；或者，第一抗静电干扰管和第二抗静电干扰管均为双向ESD管。双向TVS管包括36V双向TVS管。双向ESD管包括36V双向ESD管。发火元件Rf包括桥丝电阻或金属贴边电阻。
第一总线限流电阻R的一端和第二总线限流电阻R1的一端能够连接起爆器。
第一总线限流电阻R的另一端分别连接第一抗静电干扰管的一端和电子雷管芯片的第一引脚(二总线A信号端)。
第一抗静电干扰管的另一端分别连接第二抗静电干扰管的一端和第一电容C1的一端。
第一电容C1的另一端接地。
第二总线限流电阻R1的另一端分别连接第二抗静电干扰管的另一端和电子雷管芯片的第二引脚(二总线B信号端)。
电子雷管芯片的第三引脚(通信电容高压端)连接通信电容的一端。
通信电容的另一端接地。
电子雷管芯片的第四引脚(储能电容高压端)分别连接发火元件Rf的一端和储能电容的一端。
电子雷管芯片的第五引脚(发火电阻端)连接发火元件Rf的另一端。
储能电容的另一端接地。
第一总线限流电阻R和第二总线限流电阻R1可更换设置。
起爆器：完成对电子雷管的起爆控制，一般包含了主控单元、二总线电路(产生A、B总线电源和信号)及反馈电流采样功能。A总线为第一总线，B总线为第二总线。
总线限流电阻：用于限制总线上电流，R取值一般小于2Kohm。
TVS管/ESD管：瞬态高压抑制管(Transient Voltage Suppressors)/静电释放管(Electro-Static discharge)，都可以用于抑制静电信号或高频干扰信号，根据实际应用场景选择合适的器件使用，在本实用新型中都采用36V双向TVS管或双向ESD管，以适应A、B总线无极性和模块最高工作电压32V的特性。
电子雷管芯片：高集成度的电子雷管主控芯片，内部集成了桥堆和发火开关，完成接收指令、控制延期、雷管起爆等功能。VCOM表示通信电容高压，VCHG表示储能电容高压，IR表示发火电阻端。A表示二总线A信号，B表示二总线B信号。
通信电容：用于在雷管芯片在通信或进入起爆倒计时时给芯片供电。
储能电容：在芯片接收到充电指令后，进行充电，储存的能量用于在电子雷管起爆时候加热发火元件Rf,从而引爆包裹在发火元件上的药头。
发火元件：一般是桥丝电阻或金属贴片电阻，用于加热之后引爆药头。
电子雷管抗干扰工作原理：1、外界强静电干扰通过脚线A或B进入电子雷管模块，当外界强静电干扰通过脚线B时，首先通过R1进行限流，信号经过R1之后会被衰减。2、衰减后的信号还是远高于TVS/ESD的动作电压，从而经TVS/ESD并通过电容C1与雷管地形成主要泄放通路。此处设计是本实用新型的核心，因为实际应用中强静电从脚线A或B单独进入雷管模块，无法通过A、B两线或大地形成完整的泄放通路，而通过高压击穿TVS/ESD，最终将大部分电荷储存在电容里面，同时前级的限流电阻R1(外界强静电干扰通过脚线B时)很好的限制了通过TVS/ESD的电流，确保TVS/ESD可以正常恢复，不至于损坏。3、经过以上的抗干扰保护组合电路，最终电子雷管芯片内部得到了很好的防护，对脚线A或B进行接触放电(+/-16kV，每100ms一次放电，连续放电20次)的ESD静电测试，芯片可以完全正常工作。
电子雷管的应用场景主要有地面及井下、隧道、金属矿山等掘进面工作场景。对于地面爆破，特征是线路长、雷管发数多、雷管间距大、静电干扰相对不严重，所以可以将限流电阻R1(静电干扰通过脚线B时)调小，适当降低防静电能力，基本也可以保证在12kV以上，同时可以保证组网性能。而对于井下、隧道、金属矿山等掘进面工作场景，一般线路会短一些、雷管发数会少、雷管间距小、静电干扰很严重，此时就可将R1尽量调大，在保证组网通信性能的前提下尽可能地提升防静电能力，通过增大R1,甚至可以将防静电能力提升到20kV以上。限流电阻(R和R1)调节的方式为针对不同的应用场景上使用不同的电阻料。相对不严重的，R和R1用小一点的电阻，比如200ohm；严重的，R和R1可以用大一点的电阻，比如680ohm。
本发明实施例还公开了一种电子雷管模块，如图1和图2所示，包括抗静电保护电路、第一脚线和第二脚线。第一总线限流电阻R的一端通过第一脚线连接起爆器。第二总线限流电阻R1的一端通过第二脚线连接起爆器。
本发明实施例还公开了一种电子雷管爆破控制系统，如图1和图2所示，包括起爆器、多个电子雷管模块、第一总线和第二总线。电子雷管模块均并联起爆器。电子雷管模块的第一脚线均通过第一总线连接起爆器；电子雷管模块的第二脚线均通过第二总线连接起爆器。
本实用新型公开了一种高集成度电子雷管的抗干扰保护电路，每个电子雷管模块上通过限流电阻、双向TVS/ESD器件和电容的组合保护策略，实现了电子雷管的高抗干扰性，同时可以根据不同的应用场景和组网要求对相关器件的参数进行微调来获得更好的系统性能。本实用新型不用在雷管模块上增加额外的金属弹片或尖端放电等辅助放电结构，对电子雷管模块的结构不做任何特殊要求，采用最普通的成品注塑工艺就可以批量加工生产，保证了产品的一致性和极高的良率。本实用新型重点解决了在井下、隧道、金属矿山等掘进面工作场景下，因外界强静电干扰导致的电子雷管拒爆的问题，提高了电子雷管的抗干扰性能和安全性。
本实用新型公开了一种针对高集成度电子雷管的抗静电保护电路，电子雷管模块上通过限流电阻、双向TVS/ESD器件和电容的组合保护策略，实现了电子雷管很高的抗静电能力，同时可以根据不同的应用场景和组网要求对相关器件的参数进行微调来获得更好的系统性能。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种抗静电保护电路，其特征在于，包括第一总线限流电阻R、第二总线限流电阻R1、第一抗静电干扰管、第二抗静电干扰管、第一电容C1、电子雷管芯片、通信电容、发火元件Rf和储能电容；
所述第一总线限流电阻R的一端和第二总线限流电阻R1的一端能够连接起爆器；
所述第一总线限流电阻R的另一端分别连接第一抗静电干扰管的一端和电子雷管芯片的第一引脚；
所述第一抗静电干扰管的另一端分别连接第二抗静电干扰管的一端和第一电容C1的一端；
所述第一电容C1的另一端接地；
所述第二总线限流电阻R1的另一端分别连接第二抗静电干扰管的另一端和电子雷管芯片的第二引脚；
所述电子雷管芯片的第三引脚连接通信电容的一端；
所述通信电容的另一端接地；
所述电子雷管芯片的第四引脚分别连接发火元件Rf的一端和储能电容的一端；
所述电子雷管芯片的第五引脚连接发火元件Rf的另一端；
所述储能电容的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的抗静电保护电路，其特征在于，所述第一抗静电干扰管和第二抗静电干扰管均为双向TVS管；
或者，
所述第一抗静电干扰管和第二抗静电干扰管均为双向ESD管。
3.根据权利要求2所述的抗静电保护电路，其特征在于，所述双向TVS管包括36V双向TVS管。
4.根据权利要求2所述的抗静电保护电路，其特征在于，所述双向ESD管包括36V双向ESD管。
5.根据权利要求1所述的抗静电保护电路，其特征在于，所述发火元件Rf包括桥丝电阻或金属贴边电阻。
6.根据权利要求1所述的抗静电保护电路，其特征在于，所述第一总线限流电阻R和第二总线限流电阻R1可更换设置。
7.一种电子雷管模块，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的抗静电保护电路。
8.根据权利要求7所述的电子雷管模块，其特征在于，该电子雷管模块还包括第一脚线和第二脚线；
所述第一总线限流电阻R的一端通过第一脚线连接起爆器；
所述第二总线限流电阻R1的一端通过第二脚线连接起爆器。
9.一种电子雷管爆破控制系统，其特征在于，包括起爆器和多个权利要求7或8任一所述的电子雷管模块；
所述电子雷管模块均并联起爆器。
10.根据权利要求9所述的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，该爆破控制系统还包括第一总线和第二总线；
所述电子雷管模块的第一脚线均通过第一总线连接起爆器；
所述电子雷管模块的第二脚线均通过第二总线连接起爆器。
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