电子雷管储能电容充电控制装置、电子雷管及系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其是涉及一种电子雷管储能电容充电控制装置、电子雷管及系统。

背景技术

电子雷管一般情况下是分段延时起爆，如果用起爆设备通过母线对雷管进行供电，起爆后短延时的雷管先引爆炸药可能炸断母线，长延时的雷管就可能掉电而可能拒爆，因此需要在雷管中设置储能电容来存电，起爆后代替母线对雷管进行续电，而要储能电容续电就要先进行充电，现有装置和技术中，都用比较器来判断电容是否充满电，比较电压由电阻分压产生，一般集成电路里面的电阻精度较低，故由此产生的比较电压精度也较低，而且多段充电时需要多个比较器和多个分压电路构成，电路复杂成本高，并且雷管数量多时同时充电的电流会非常大，会导致母线的损耗变大，降低充电效率。

发明内容

本发明提供了一种电子雷管储能电容充电控制装置、电子雷管及系统，可以实现不同带载数量雷管的高精度和高效率充电。

第一方面，本发明实施例提供了一种电子雷管储能电容充电控制装置，应用于电子雷管，该装置包括：通信模块、逻辑控制模块、储能电容模块、充电控制模块、数模转换模块、充电监控模块、限流模块和采样模块；所述逻辑控制模块分别与所述通信模块、所述充电控制模块、所述充电监控模块和所述数模转换模块电连接；所述充电监控模块分别与所述充电控制模块、所述采样模块和所述数模转换模块电连接；所述采样模块与所述储能电容模块电连接；所述储能电容模块通过限流模块与所述充电控制模块电连接；所述通信模块用于获取充电指令，并将所述充电指令发送至所述逻辑控制模块；所述充电指令包括升压次数和升压电压值；所述逻辑控制模块用于根据所述充电指令控制所述充电控制模块以对所述储能电容模块使能充电；所述逻辑控制模块还用于将所述升压电压值发送至所述数模转换模块，以使所述数模转换模块根据所述升压电压值生成比较电压；所述充电监控模块用于获取所述比较电压，用于通过所述采样模块获取所述储能电容模块的电压，还用于根据所述比较电压和所述储能电容模块的电压生成所述储能电容模块的充电状态；所述充电控制模块还用于获取所述充电状态，并根据所述充电状态继续或停止对所述储能电容模块充电；所述充电监控模块还用于将所述充电状态发送至所述逻辑控制模块；所述逻辑控制模块还用于根据所述充电状态向所述通信模块发送反馈信号，以使所述通信模块获取下一次充电指令。

第二方面，本发明实施例还提供一种电子雷管，该电子雷管包括上述电子雷管储能电容充电控制装置。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子雷管系统，该电子雷管系统包括上述电子雷管。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种电子雷管储能电容充电控制装置、电子雷管及系统，该装置包括：通信模块、逻辑控制模块、储能电容模块、充电控制模块、数模转换模块和充电监控模块，该装置通过通信模块获取充电指令，并将充电指令发送至逻辑控制模块；该充电指令包括升压次数和升压电压值，逻辑控制模块用于根据充电指令控制充电控制模块以对储能电容模块进行充电，逻辑控制模块还用于将升压电压值发送至数模转换模块，以使数模转换模块根据升压电压值生成比较电压，充电监控模块用于获取储能电容模块的电压，并根据比较电压和储能电容模块的电压生成储能电容模块的充电状态，充电控制模块还用于获取充电状态，并根据充电状态继续或停止对储能电容模块充电；充电监控模块还用于将充电状态发送至逻辑控制模块；逻辑控制模块还用于根据充电状态向通信模块发送反馈信号，以使通信模块获取下一次充电指令。本发明实施例通过通信模块获取充电指令，从而确定升压次数和每次的升压电压值，将对储能电容模块的充电分为多段进行，减小能量的损耗，提升充电效率；采用数模转换模块将升压电压值转换成与每次升压对应的模拟电压作为比较电压，可以使比较电压精度更高，实现不同带载数量雷管的高精度和高效率充电。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电子雷管储能电容充电控制装置结构框图；

图2为本发明实施例提供的电子雷管储能电容充电控制电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，为了提高充电效率可以采用分段式充电的方式进行，现有的充电电路都采用多级比较器来进行分段比较，一般可分1到6段，这种方式由于分段不精细，无法根据雷管数量来做精确的分级，不能实现任意带载数量雷管的高精度和高效率充电，而且这种方式产生的分段电压取决于分压电阻的精度，因集成电路内部电阻一般做的比较低，所以分段电压的精度会偏低，会导致储能电容获得的充电电压精度较低。

基于此，本发明实施例提供的一种电子雷管储能电容充电控制装置，可以实现不同带载数量雷管的高精度和高效率充电。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电子雷管储能电容充电控制装置进行详细介绍。

本发明实施例提供了一种电子雷管储能电容充电控制电路，参见图1所示的一种电子雷管储能电容充电控制装置结构框图，该装置包括以下模块：

通信模块101、逻辑控制模块102、储能电容模块103、充电控制模块104、数模转换模块105、充电监控模块106、限流模块107和采样模块108；逻辑控制模块分别与通信模块、充电控制模块、充电监控模块和数模转换模块电连接；充电监控模块分别与充电控制模块、采样模块和数模转换模块电连接；采样模块与储能电容模块电连接；储能电容模块通过限流模块与充电控制模块电连接。

通信模块用于获取充电指令，并将充电指令发送至逻辑控制模块；充电指令包括升压次数和升压电压值；逻辑控制模块用于根据充电指令控制充电控制模块以对储能电容模块使能充电；逻辑控制模块还用于将升压电压值发送至数模转换模块，以使数模转换模块根据升压电压值生成比较电压；充电监控模块用于获取比较电压，用于通过采样模块获取储能电容模块的电压，还用于根据比较电压和储能电容模块的电压生成储能电容模块的充电状态；充电控制模块还用于获取充电状态，并根据充电状态继续或停止对储能电容模块充电；充电监控模块还用于将充电状态发送至逻辑控制模块；逻辑控制模块还用于根据充电状态向通信模块发送反馈信号，以使通信模块获取下一次充电指令。

在本发明实施例中，对于某个电子雷管储能电容充电控制装置，通信模块获取用于获取充电指令，并将解析后的充电指令发送至逻辑控制模块。逻辑控制模块可以包括逻辑控制单元，逻辑控制单元识读充电指令和升压电压值，并将升压电压值发送至数模转换模块，数模转换模块可以包括数模转换器，数模转换器将数字信号的升压电压值转换为模拟信号，得到每次升压对应的高精度比较电压。逻辑控制模块获取到充电指令后，可以控制充电控制模块以对储能电容模块使能充电，使能充电过程中，是否进行充电根据充电监控模块的充电状态决定，储能电容模块可以通过储能电容实现。充电监控模块用于通过采样模块获取储能电容模块的实时电压，还可以获取数模转换模块的高精度比较电压，进而得到储能电容模块的充电状态，之后，充电控制模块还用于获取该充电状态，并根据该充电状态继续或停止对储能电容模块充电，可以通过控制充电控制模块内开关管的导通或关断实现对充电状态继续或停止的控制。充电监控模块还用于将充电状态发送至逻辑控制模块，充电状态包括充电完成或继续充电，当逻辑控制模块收到的状态为充电完成时，向通信模块发送反馈信号，以使通信模块获取下一次充电指令，直至完成升压次数规定的充电次数。

储能电容模块通过限流模块与充电控制模块电连接，可以在对储能电容充电模块充电的时候起到限流的作用。

本发明实施例提供了一种电子雷管储能电容充电控制装置、电子雷管及系统，该装置包括：通信模块、逻辑控制模块、储能电容模块、充电控制模块、数模转换模块、充电监控模块、限流模块和采样模块，该装置通过通信模块获取充电指令，并将充电指令发送至逻辑控制模块；该充电指令包括升压次数和升压电压值，逻辑控制模块用于根据充电指令控制充电控制模块以对储能电容模块使能充电，逻辑控制模块还用于将升压电压值发送至数模转换模块，以使数模转换模块根据升压电压值生成高精度的比较电压，充电监控模块用于获取储能电容模块的实时电压、获取比较电压，并根据高精度比较电压和实时电压生成储能电容模块的充电状态，充电控制模块还用于获取充电状态，并根据充电状态继续或停止对储能电容模块充电；充电监控模块还用于将充电状态发送至逻辑控制模块；逻辑控制模块还用于根据充电状态向通信模块发送反馈信号，以使通信模块获取下一次充电指令。本发明实施例通过通信模块获取充电指令，从而确定升压次数和每次的升压电压值，将对储能电容模块的充电分为多段进行，减小能量的损耗，提升充电效率；采用数模转换模块将升压电压值转换成与每次升压对应的模拟电压作为比较电压，可以使比较电压精度更高，实现高精度的不同带载数量雷管的高精度和高效率充电。

考虑到为了便于对多个电子雷管储能电容充电控制装置进行控制，通信模块通过雷管引脚与起爆设备电连接。

在本发明实施例中，通信模块通过母线与起爆设备电连接，从而为该电子雷管储能电容充电控制装置提供电源，一个起爆设备可以与多个电子雷管储能电容充电控制装置电连接，每个电子雷管储能电容充电控制装置可以设置在一个电子雷管中。起爆装置可以根据所连接的电子雷管的数量以及电子雷管所需的电压值得到升压方案：包括通过升压次数和每次充电的升压电压值，从而实现分段升压。起爆设备根据升压方案生成充电指令并发送至每个电子雷管储能电容充电控制装置的通信模块。

考虑到为了使母线可以不分正负，从而方便简化接线步骤，该装置还包括整流模块；整流模块包括多个首尾顺序连接的二极管；整流模块的输入端与雷管引脚、通信模块分别电连接；整流模块的输出端通过充电开关与充电控制模块、充电监控模块、数模转换模块和储能电容模块分别电连接。

在本发明实施例中，整流模块可以通过整流电路实现，参见图2所示的电子雷管储能电容充电控制电路图，该图示出了整流电路D1中二极管的顺序连接效果，整流电流中可以包括多个首位依次电连接的二极管，该图也示出了整流电路在电子雷管储能电容充电控制装置中与其他模块的连接方式。

为了简化电路，充电控制模块包括与非门和充电开关。

在本发明实施例中，可以通过与非门和充电开关组成充电控制模块，从而控制储能电容模块进行使能充电。

为了简化电路，充电监控模块包括比较器。

在本发明实施例中，可以通过比较器实现充电监控模块。

采样模块包括第一电阻和第二电阻。

为了提高安全性，采样模块包括第一电阻和第二电阻；第一电阻和第二电阻串联；第一电阻的一端及第二电阻的一端与充电监控模块电连接；第一电阻的另一端与储能电容模块电连接，第二电阻的另一端接地。

在本发明实施例中，采样模块可以通过一个或多个电阻实现，具体可以根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不作具体限定。

为了保证电路在母线炸断时仍有供电路径，该装置还包括：续流二极管、稳压器和电源电压模块；整流模块的输出端与续流二极管的阴极、充电开关分别电连接；稳压器与续流二极管的阴极、电源电压模块分别电连接；续流二极管的阳极与储能电容模块通信连接。

在本发明实施例中，参见图2所示的电子雷管储能电容充电控制电路图，该图示出了续流二极管D3、稳压器LDO和电源电压模块VCC在电子雷管储能电容充电控制装置中的连接方式。

为了引爆雷管，该装置还包括点火模块，点火模块包括点火桥丝和点火开关；储能电容模块通过点火桥丝与点火开关电连接；点火开关与逻辑控制模块电连接。

在本发明实施例中，点火模块可以通过点火电路实现。参见图2所示的电子雷管储能电容充电控制电路图，该图示出了点火桥丝QS1和点火开关Q5在电子雷管储能电容充电控制装置中的连接方式。

下面对本发明实施例的电子雷管储能电容充电控制装置工作过程进行介绍。

1)起爆设备U1根据当前雷管数量生成升压方案；

2)起爆设备U1根据升压方案发送对应的充电指令并输出升压电压；

3)通信模块U2解析充电指令并传输给逻辑控制单元U6；

4)逻辑控制单元U6识读充电指令和待升电压值，在Pin2输出高电平使雷管进入充电状态，并在Pin4～Pin7输出代表待升电压值的数字信号；

5)数模转换器U5把逻辑控制单元U6输出的数字信号转换成对应的模拟电压作为高精度比较电压；

6)高精度电阻R7和R8构成的电阻网络采集储能电容C1的电压作为储能电容当前电压；

7)比较器U4判断储能电容当前电压是否达到高精度比较电压输出继续充电或结束充电状态；

8)与非门U3判断比较器U4输出继续充电或结束充电标志控制充电开关Q2开通或关断，充电开关Q2导通储能电容C1通过限流电阻R6进行充电，充电开关Q2关断储能电容C1停止充电；

9)当一个分段电压充完后，逻辑控制单元通过Pin3脚识别到结束充电标志，并通过通信模块U2发送充电完成反馈信号给起爆设备，起爆设备收到反馈后会继续发送下一个分段电压的充电指令并输出升压电压，然后执行步骤3)～步骤8)完成该另一分段电压充电，如此循环直到升压方案的全部分段电压都充完即表示充电完成；

10)起爆时母线炸断时雷管电路失去供电路径，但此时很多雷管倒计时还没结束需要继续供电，储能电容C1通过续流二极管D3可以为LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)U7续电，保证U7输出电源电压VCC(Volt Current Condenser，供电电压)使雷管继续工作；

11)当雷管倒计时结束后,逻辑控制单元U6 Pin9输出高电平驱动点火开关Q5导通，储能电容C1通过点火桥丝QS1进行放电，点火桥丝有电流流过后就会迅速发热引燃其上的引爆药，引爆药燃后发生冲击火焰引爆雷管。

参见图2所示的电子雷管储能电容充电控制电路图，本发明实施例的电子雷管储能电容充电控制装置具体可以包括：起爆设备U1、整流电路D1、储能电容C1、通信模块U2、充电控制电路1、续流二极管D3、点火电路2、逻辑控制单元U6、LDO U7。

起爆设备U1通过母线与两个雷管引脚LG_1和LG_2相连接，用于实现与所连接雷管的充电指令发送，充电电压输出、雷管分段充电完成反馈接收和起爆指令发送；

整流电路D1由4个二极管按附图2所示顺序连接，输入端连接雷管引脚LG_1和LG_2及通讯模块的两个输入端，输出端连接LDO U7的输入端和续流二极管D3的阴极及充电开关Q2，对引脚LG_1和LG_2输入的正向或反向电压整流成正向电压VDD；

储能电容C1左边与限流电阻R6、采样电阻R7及续流二极管D3连接，右边与点火桥丝QS1连接，为电路储存电能；

通信模块U2上端分别连接雷管引脚LG_1和LG_2以及整流电路的两个输入端，下端连接逻辑控制单元U6的Pin1，接收起爆设备U1发来的数据或命令，发送逻辑控制单元U6的反馈数据；

充电控制电路1包括充电开关Q2、与非门U3、比较器U4、数模转换电路U5、限流电阻R6，充电开关Q2左端连接整流电路D1的输出VDD并于LDO U7的输入和续流二极管D3阴极并联，右边连接限流电阻R6，下端连接与非门U3的输出，与非门U3上端连接充电开关Q2，下端连接逻辑控制单元U6 Pin2和比较器U4的输出，比较器U4上端连接电阻R7和R8及数模转换电路U5的上端，下端连接与非门U3的一个输入脚和逻辑控制单元U6 Pin3，采样电阻R7和R8串联，一端接地另外一端接储能电容C1,中间抽头接U4上端一脚，数模转换电路U5上端连接比较器U4的一个输入端，下端连接逻辑控制单元U6的Pin4～Pin8，当逻辑控制单元U6接收到充电指令和相应待充电分段电压后，首先在Pin2脚输出高电平，随即在Pin4～Pin8输入与待充电分段电压对应的数字信号，然后数模转换电路U5这些数字信号转换成对应的模拟电压，比较器U4比较采样电阻R7和R8采样到的储能电容C1上的电压与数模转换电路U5输出的模拟电压，若采样到的储能电容C1上的电压小于数模转换电路U5输出的模拟电压则比较器U4输出高电平，然后与非门U3输出低电平，充电开关管Q2的导通，电源VDD流过充电开关管Q2经限流电阻R6对储能电容C1进行充电，若采样到的储能电容C1上的电压大于或等于数模转换电路U5输出的模拟电压则比较器U4输出低电平，与非门U3输出低电平，充电开关Q2关断储能电容C1充电停止，同时逻辑控制单元U6检测到Pin3脚输入的低电平，在Pin1输出当前分段电压充满反馈信号；

续流二极管D3阴极连接LDO U7的输入端和整流电路的输出端VDD，阳极接储能电容C1和R6及R7，用于为LDO U7续流；

点火电路2包括点火桥丝QS1和点火开关Q5，其中点火桥丝QS1上端连接储能电容C1，下端连接点火开关Q5，点火开关Q5左端连接逻辑控制单元U6的Pin9，该电路用于引爆雷管；

逻辑控制单元U6 Pin1脚连接通讯模块U2的下端，Pin2脚连接与非门U3的下端一输入脚，Pin3脚连接与非门U3的下端另一输入脚和比较器U4输出端，Pin4～Pin8脚分别连接数模转换器U5的下端5脚，Pin9脚连接点火开关Q5的输入端，当起爆设备发送充电指令时，逻辑控制单元U6 Pin1识读通信模块U2的输出信号，首先在Pin2脚输出高电平使电路进入充电状态，随即在Pin4～Pin8输入与待充电分段电压对应的数字信号，输出待充电分段电压值，当储能电容C1分段充电完成，逻辑控制单元U6检测到Pin3脚输入的低电平，通过Pin1输出反馈信号，告诉起爆设备U1当前分段充电完成，可以进行下一分段充电。

LDO U7左边接续流二极管D3和整流电路的输出VDD，右边接VCC，下端接VSS，用于给电路各个模块和器件供电。

本发明实施例提供的一种电子雷管储能电容充电控制装置、电子雷管及系统，采用数模转换模块进行分段，例如，可分1到32段，对应24V时每段达到0.75V的精度，不仅电路简单、成本低，而且可以实现不同带载数量雷管的高精度和高效率充电，避免充电精度低引起长延时雷管能量偏低带来的拒爆风险，并减少长时间充电带来的安全风险。

本发明实施例还提供一种电子雷管，该电子雷管包括上述任一种电子雷管储能电容充电控制装置。

本发明实施例还提供一种电子雷管系统，该电子雷管系统包括上述电子雷管。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的电子雷管的具体工作过程，可以参考前述电子雷管储能电容充电控制装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。