CN217844944U - 电子雷管及其抗静电爆破控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电子雷管抗静电爆破控制电路，包括起爆器、桥堆电路、总线限流电阻R1、TVS管/ESD管、信号线限流电阻R2、电源通路限流电阻R3、电子雷管芯片、通信电容、储能电容、发火元件Rf和发火开关；桥堆电路分别与信号线限流电阻R2、TVS管/ESD管、总线限流电阻R1、电源通路限流电阻R3和电子雷管芯片的GND端相连接；储能电容接地；电子雷管芯片的FIRE端与发火开关的基极相连接，发火开关的集电极与发火元件Rf相连接，发火开关的发射极接地。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，因静电信号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。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及电子雷管抗静电爆破控制电路，尤其涉及一种提高抗静电干扰性能的电子雷管抗静电爆破控制电路。
背景技术
电子雷管抗静电爆破控制电路基本上由雷管和起爆器两部分组成，多个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，但是当在井下、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。
在公开号为CN113074597A的专利文献中公开了一种抗干扰结构设计的电子雷管，包括管壳，在管壳中设置顺次连接的雷管脚线，电容支架和PCB电路板，所述电容支架包括：平行放置的金属带，金属带上设置放电元件，所述放电元件与管壳之间的距离小于第一预设值。
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，如果芯片外围不加额外的保护电路，在实际应用场景下很难抵抗外界的强干扰信号，雷管容易出现拒爆。
因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。
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电子雷管抗静电爆破控制电路。
根据本实用新型提供的一种电子雷管抗静电爆破控制电路，包括起爆器、桥堆电路、总线限流电阻R1、TVS管/ESD管、信号线限流电阻R2、电源通路限流电阻R3、电子雷管芯片、通信电容、储能电容、发火元件Rf和发火开关；
所述起爆器对电子雷管进行起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路；
所述主控单元通过PC6与二总线电路的PHASE端相连接，二总线输出电压经过两个采样电阻R之后输出A、B二总线信号用于连接电子雷管模块；B信号与反馈电流采样电路的B_IN端相连接；反馈电流采样电路的输出端B_TEST与主控单元的PA1相连接；
所述桥堆电路分别与信号线限流电阻R2、TVS管/ESD管、总线限流电阻R1、电源通路限流电阻R3和电子雷管芯片的GND端相连接；所述信号线限流电阻R2与电子雷管芯片的信号A端和信号B端相连接；所述TVS管/ESD管分别与总线限流电阻R1、信号线限流电阻R2和电容C1相连接；所述总线限流电阻R1分别与二总线电路和信号线限流电阻R2相连接；所述电源通路限流电阻R3与电子雷管芯片的VDD端相连接；所述电容C1接地；所述电子雷管芯片的VREF端与通信电容相连接，所述通信电容接地；所述电子雷管芯片的VB端分别与发火元件Rf和储能电容相连接；所述储能电容接地；所述电子雷管芯片的FIRE端与发火开关的基极相连接，所述发火开关的集电极与发火元件Rf相连接，所述发火开关的发射极接地。
优选地，所述信号线限流电阻R2取值在100Kohm-1Mohm。
优选地，所述电源通路限流电阻R3取值为100-500ohm。
优选地，所述电子雷管芯片为电子雷管模块的主控芯片，所述电子雷管芯片接收指令、控制延期和完成起爆。
优选地，所述发火元件Rf为桥丝电阻或金属贴片电阻；所述发火开关受电子雷管芯片控制。
本发明还提供一种电子雷管，所述电子雷管应用于上述中的电子雷管抗静电爆破控制电路。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、本实用新型通过对电子雷管芯片外围增加少量的阻容和TVS/ESD器件，可以将电子雷管模块整体的抗静电能力(接触放电)提升到16kV以上，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(4kV接触放电)及不误爆的要求；
2、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；
3、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，因静电信号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。
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为本实用新型电子雷管组网示意图；
图2为本实用新型电子雷管模块抗干扰电路示意图；
图3为本实用新型起爆器的电路图。
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。
实施例1：
根据本实用新型提供的一种电子雷管抗静电爆破控制电路，包括起爆器、桥堆电路、总线限流电阻R1、TVS管/ESD管、信号线限流电阻R2、电源通路限流电阻R3、电子雷管芯片、通信电容、储能电容、发火元件Rf和发火开关；起爆器对电子雷管进行起爆控制，起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路；桥堆电路分别与信号线限流电阻R2、TVS管/ESD管、总线限流电阻R1、电源通路限流电阻R3和电子雷管芯片的GND端相连接；信号线限流电阻R2与电子雷管芯片的信号A端和信号B端相连接；TVS管/ESD管分别与总线限流电阻R1、信号线限流电阻R2和电容C1相连接；总线限流电阻R1分别与二总线电路和信号线限流电阻R2相连接；电源通路限流电阻R3与电子雷管芯片的VDD端相连接；电容C1接地；电子雷管芯片的VREF端与通信电容相连接，通信电容接地；电子雷管芯片的VB端分别与发火元件Rf和储能电容相连接；储能电容接地；电子雷管芯片的FIRE端与发火开关的基极相连接，发火开关的集电极与发火元件Rf相连接，发火开关的发射极接地。
主控单元通过PC6与二总线电路的PHASE端相连接，用于控制调整二总线电路输出电压的相位；二总线输出电压(OUT+/OUT-)经过两个采样电阻R(R取值一般在5-20ohm左右)之后输出A、B二总线信号用于连接电子雷管模块；同时B信号与反馈电流采样电路的B_IN端相连接，用于对B总线上的电流进行采样；反馈电流采样电路的输出端B_TEST与主控单元的PA1相连接，作为主控单元的模数转换通道输入，对B总线的电流进行采样。
信号线限流电阻R2取值在100Kohm-1Mohm。电源通路限流电阻R3取值为100-500ohm。电子雷管芯片为电子雷管模块的主控芯片，电子雷管芯片接收指令、控制延期和完成起爆。发火元件Rf为桥丝电阻或金属贴片电阻；发火开关受电子雷管芯片控制。
本发明还提供一种电子雷管，电子雷管应用于上述中的电子雷管抗静电爆破控制电路。
实施例2：
实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本实用新型进行说明。
本实用新型公开了一种提高抗静电干扰性能的电子雷管抗静电爆破控制电路，所述电子雷管抗静电爆破控制电路包括起爆器和若干个电子雷管模块，各个电子雷管模块以并联方式与起爆器连接，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静电性能，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。
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。
桥堆电路：实现交流信号到直流信号的转换。
总线限流电阻R1：用于限制总线上电流，R1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。
信号线限流电阻R2：用于保护电子雷管芯片A、B信号I/O端口电路，防止芯片受外界强干扰之后的残压进入芯片损坏电路。R2取值在100Kohm-1Mohm，典型值取200Kohm。
电源通路限流电阻R3：用于保护电子雷管芯片电源VDD端口，防止芯片受外界强干扰之后的残压进入芯片损坏电路。R3取值100-500ohm,典型值取200ohm。
电子雷管芯片：电子雷管模块的主控芯片，接收指令，控制延期，完成起爆。
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Rf上的药头。
发火元件Rf：一般是桥丝电阻或金属贴片电阻，用于加热之后引爆药头。
发火开关：受电子雷管芯片控制，当起爆倒计时结束时，通过点火控制FIRE信号打开点火开关，储能电容能量通过发火元件Rf和开关瞬时释放，引爆药头。
主控单元通过PC6与二总线电路的PHASE端相连接，用于控制调整二总线电路输出电压的相位；二总线输出电压(OUT+/OUT-)经过两个采样电阻R(R取值一般在5-20ohm左右)之后输出A、B二总线信号用于连接电子雷管模块；同时B信号与反馈电流采样电路的B_IN端相连接，用于对B总线上的电流进行采样；反馈电流采样电路的输出端B_TEST与主控单元的PA1相连接，作为主控单元的模数转换通道输入，对B总线的电流进行采样。
电子雷管抗干扰工作原理：
步骤一：外界强静电干扰通过脚线A或B进入电子雷管模块，首先通过R1进行限流，信号经过R1之后会被衰减。
步骤二：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。
步骤三：经过TVS/ESD泄放后的干扰信号还有部分残压经过桥堆之后，经过电源限流电阻R3进一步衰减之后进入VDD电源通路，并经过VDDI/O内部的ESD泄放通路进行泄放。
步骤四：经过TVS/ESD泄放后的干扰信号还有部分残压会经过信号限流电阻R2之后，进一步衰减之后进入信号A、B通路，并经过A、BI/O内部的ESD泄放通路进行泄放。
步骤五：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、R3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、R3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、R3,甚至可以将防静电能力提升到20kV以上。
本实用新型公开了一种提高抗静电干扰性能的电子雷管抗静电爆破控制电路，所述电子雷管抗静电爆破控制电路包括起爆器和若干个电子雷管模块，各个电子雷管模块以并联方式与起爆器连接，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。
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 (6)
1.一种电子雷管抗静电爆破控制电路，其特征在于，包括起爆器、桥堆电路、总线限流电阻R1、TVS管/ESD管、信号线限流电阻R2、电源通路限流电阻R3、电子雷管芯片、通信电容、储能电容、发火元件Rf和发火开关；
所述起爆器对电子雷管进行起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路；
所述主控单元通过PC6与二总线电路的PHASE端相连接，二总线输出电压经过两个采样电阻R之后输出A、B二总线信号用于连接电子雷管模块；B信号与反馈电流采样电路的B_IN端相连接；反馈电流采样电路的输出端B_TEST与主控单元的PA1相连接；
所述桥堆电路分别与信号线限流电阻R2、TVS管/ESD管、总线限流电阻R1、电源通路限流电阻R3和电子雷管芯片的GND端相连接；所述信号线限流电阻R2与电子雷管芯片的信号A端和信号B端相连接；所述TVS管/ESD管分别与总线限流电阻R1、信号线限流电阻R2和电容C1相连接；所述总线限流电阻R1分别与二总线电路和信号线限流电阻R2相连接；所述电源通路限流电阻R3与电子雷管芯片的VDD端相连接；所述电容C1接地；所述电子雷管芯片的VREF端与通信电容相连接，所述通信电容接地；所述电子雷管芯片的VB端分别与发火元件Rf和储能电容相连接；所述储能电容接地；所述电子雷管芯片的FIRE端与发火开关的基极相连接，所述发火开关的集电极与发火元件Rf相连接，所述发火开关的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的电子雷管抗静电爆破控制电路，其特征在于，所述信号线限流电阻R2取值在100Kohm-1Mohm。
3.根据权利要求1所述的电子雷管抗静电爆破控制电路，其特征在于，所述电源通路限流电阻R3取值为100-500ohm。
4.根据权利要求1所述的电子雷管抗静电爆破控制电路，其特征在于，所述电子雷管芯片为电子雷管模块的主控芯片，所述电子雷管芯片接收指令、控制延期和完成起爆。
5.根据权利要求1所述的电子雷管抗静电爆破控制电路，其特征在于，所述发火元件Rf为桥丝电阻或金属贴片电阻；所述发火开关受电子雷管芯片控制。
6.一种电子雷管，其特征在于，所述电子雷管应用于如权利要求1-5任一项所述的电子雷管抗静电爆破控制电路。
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