电子雷管系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及爆破器材技术领域，具体地，涉及一种电子雷管系统及其使用方法，尤其是一种适合低温应用的陶瓷电容与钽电容组合的电子雷管。

背景技术

现有的电子雷管大多采用两个小容量钽电容或者一个大容量钽电容来作为储能电容，电容的能量同时要满足低温环境下延期和起爆的要求，不仅成本高，安全性也低。若是采用两个小容量钽电容，第一个钽电容的电压要远高于第二个钽电容，而钽电容电压越高，制作难度和成本就越高；若是采用单个大容量钽电容，电容既要保证在雷管芯片进入起爆延期倒计时之后给芯片供电，又要在最终点燃起爆药头，所以无法保证通信电容和点火之间完全隔离，两者之间必然有电源通路，安全性不高。

公开号为CN104296608A的专利文献公开了一种电子雷管起爆系统及方法，该系统包括至少一台起爆器，至少一台注册器和电子雷管网路，其中，所述起爆器，用于接收爆破设计参数，对爆破系统进行测试，以及实现对所述电子雷管网路的延时修订、故障检测、充(放)电及起爆操作；所述注册器，用于读写各个电子雷管信息，并将该电子雷管信息导入所述起爆器，完成雷管在起爆器中的注册；所述电子雷管网路，接收起爆器的指令，实现起爆。但是该专利文献仍然存在成本高，安全性低的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电子雷管系统。

根据本发明提供的一种电子雷管系统，包括起爆器、电子雷管模块以及点火药头YT，所述电子雷管模块包括整流桥、场效应管Q1、电容C1、电容C2以及电子雷管芯片；

所述起爆器的第一连接端分别连接所述整流桥的第一连接端和所述电子雷管芯片的第一连接端；所述起爆器的第二连接端分别连接所述整流桥的第二连接端和所述电子雷管芯片的第二连接端；

所述整流桥的第三连接端连接所述电子雷管芯片的第三连接端；所述电子雷管芯片的第四连接端连接所述电容C1的一端；所述电子雷管芯片的第五连接端分别连接所述电容C2的一端和所述点火药头YT的一端；所述电子雷管芯片的第六连接端连接所述场效应管Q1的栅极；

所述电容C1的另一端接地；所述电容C2的另一端接地；所述点火药头YT的另一端连接所述场效应管Q1的漏极；所述场效应管Q1的源极接地。

所述电容C1和所述电容C2完全隔离；所述电子雷管芯片包括隔离二极管、第一限流电阻、电源模块、充电开关、第二限流电路以及数字电路逻辑；所述充电开关为场效应管Q2；

所述隔离二极管的正极作为所述电子雷管芯片的第三连接端，所述隔离二极管的负极连接所述第一限流电阻的一端；所述第一限流电阻的另一端分别连接所述电源模块和所述场效应管Q2的漏极，并作为所述电子雷管芯片的第四连接端；

所述场效应管Q2的栅极连接所述数字电路逻辑的第一连接端，所述场效应管Q2的源极连接所述第二限流电阻的一端，所述第二限流电阻的另一端作为所述电子雷管芯片的第五连接端；

所述数字电路逻辑的第二连接端作为所述电子雷管芯片的第六连接端。

优选的，所述电容C1为高耐压陶瓷电容。

优选的，所述电容C2为低压钽电容。

优选的，所述起爆器为手持控制器。

优选的，所述整流桥为二极管阵列。

优选的，所述场效应管Q1为可控导通开关二极管。

优选的，所述点火药头YT为直径为20um、电阻值为5.5Ω的电阻丝。

本实施例还提供一种基于上述的电子雷管系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：将所述起爆器和所述电子雷管模块通过两条总线连接；

步骤2：开启所述起爆器，通过两条总线向所述整流桥提供低压通信电压，所述整流桥整流后输出电源电压给所述电子雷管芯片，所述电子雷管芯片启动完成初始化，进入待机接收指令状态；

步骤3：通过所述起爆器发送指令和所述电子雷管模块进行通信，确认所述电子雷管模块的状态是否正常，若是，则完成起爆前的准备工作，若否，则停止起爆；

步骤4：通过所述起爆器发送充电指令，将两条总线的电压抬升至高压充电电压，使所述电容C1的电压抬升，通过所述电子雷管芯片给所述电容C2充电，使所述电容C2完成充电；

步骤5：所述电容C2充电完成后，通过所述起爆器发送起爆指令，起爆指令发送后断开两条总线；

步骤6：通过所述电子雷管芯片接收到起爆指令，所述电子雷管芯片开始延期时间倒计时，同时通过所述电容C1反向给所述电子雷管芯片供电；

步骤7：延期时间倒计时结束后，通过所述电子雷管芯片打开所述场效应管Q1，使所述电容C2瞬间释放大电流，使所述点火药头YT发热，完成起爆。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明将通信电容与点火电容完全隔离，且通信使用高压陶瓷电容，点火使用合适的小容量钽电容，简化了电子雷管模块的设计；

2、本发明通过将通信电容与点火电容完全隔离，提高了电子雷管的安全性，也大大降低了低温环境下使用的电子雷管的成本；

3、本发明完全满足低温环境下应用要求，既大幅提高了电子雷管的安全性，也极大的降低了电子雷管的成本。

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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的电子雷管系统的结构框图；

图2为本发明的电子雷管芯片的电路结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本实施例提供一种电子雷管系统，包括起爆器、电子雷管模块以及点火药头YT，电子雷管模块包括整流桥、场效应管Q1、电容C1、电容C2以及电子雷管芯片。起爆器的第一连接端分别连接整流桥的第一连接端和电子雷管芯片的第一连接端，起爆器的第二连接端分别连接整流桥的第二连接端和电子雷管芯片的第二连接端，整流桥的第三连接端连接电子雷管芯片的第三连接端；电子雷管芯片的第四连接端连接电容C1的一端；电子雷管芯片的第五连接端分别连接电容C2的一端和点火药头YT的一端，电子雷管芯片的第六连接端连接场效应管Q1的栅极，电容C1的另一端接地；电容C2的另一端接地，点火药头YT的另一端连接场效应管Q1的漏极，场效应管Q1的源极接地。如图1所示，本实施例中，起爆器的第一连接端为A总线，起爆器的第二连接端为B总线。

电容C1和电容C2完全隔离，电子雷管芯片包括隔离二极管、第一限流电阻、电源模块、充电开关、第二限流电路以及数字电路逻辑，充电开关为场效应管Q2，隔离二极管的正极作为电子雷管芯片的第三连接端，隔离二极管的负极连接第一限流电阻的一端，第一限流电阻的另一端分别连接电源模块和场效应管Q2的漏极，并作为电子雷管芯片的第四连接端，场效应管Q2的栅极连接数字电路逻辑的第一连接端，场效应管Q2的源极连接第二限流电阻的一端，第二限流电阻的另一端作为电子雷管芯片的第五连接端，数字电路逻辑的第二连接端作为电子雷管芯片的第六连接端。

电容C1与电容C2之间通过充电开关与第二限流电阻完全隔离，无论是芯片进行正常通信，还是最后起爆引爆药头时，充电开关都是断开的，电容C1、电容C2之前完全隔离；只有在对电容C2充电时，充电开关才闭合，此时芯片的输入电源同时对电容C1、电容C2进行充电，电容C2充满电之后，充电开关也立刻断开，电容C1主要负责芯片通信用，电容C2主要用于负责加热发火电阻，从而引爆药头，两者从功能和电路上都是完全隔离的。

电容C1为高耐压陶瓷电容，电容C2为低压钽电容，起爆器为手持控制器，整流桥为二极管阵列，场效应管Q1为可控导通开关二极管，点火药头YT为直径为20um、电阻值为5.5Ω的电阻丝。

本实施例还提供一种基于上述电子雷管系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：将所述起爆器和所述电子雷管模块通过两条总线连接；

步骤2：开启所述起爆器，通过两条总线向所述整流桥提供低压通信电压，所述整流桥整流后输出电源电压给所述电子雷管芯片，所述电子雷管芯片启动完成初始化，进入待机接收指令状态；

步骤3：通过所述起爆器发送指令和所述电子雷管模块进行通信，确认所述电子雷管模块的状态是否正常，若是，则完成起爆前的准备工作，若否，则停止起爆；

步骤4：通过所述起爆器发送充电指令，将两条总线的电压抬升至高压充电电压，使所述电容C1的电压抬升，通过所述电子雷管芯片给所述电容C2充电，使所述电容C2完成充电；

步骤5：所述电容C2充电完成后，通过所述起爆器发送起爆指令，起爆指令发送后断开两条总线；

步骤6：通过所述电子雷管芯片接收到起爆指令，所述电子雷管芯片开始延期时间倒计时，同时通过所述电容C1反向给所述电子雷管芯片供电；

步骤7：延期时间倒计时结束后，通过所述电子雷管芯片打开所述场效应管Q1，使所述电容C2瞬间释放大电流，使所述点火药头YT发热，完成起爆。

起爆器为手持控制器，主要完成雷管的外部供电、通信。整流桥为二极管阵列，主要完成交流信号到直流信号的转变。场效应管Q1(即点火MOS)为可控导通开关二极管，主要完成电容C2(即点火钽电容)对地短路的控制。电容C1(即通信陶瓷电容)为高耐压陶瓷电容，主要完成电子雷管芯片短暂断电和延期时的供电，例如22uF/35V。电容C2(即点火钽电容)为低压钽电容，主要完成充电储能和对点火药头YT放电，例如33uF/16V。点火药头YT为助燃化学药剂包裹的低阻值小直径电阻丝，主要完成大电流通过时自发热点燃药剂，例如20um、5.5Ω的电阻丝。电子雷管芯片为功耗很低的专用集成芯片，主要通过识别两条总线的指令，完成对电子雷管的点名、充电、延期控制及起爆。

起爆器、整流桥、电子雷管芯片：起爆器和电子雷管芯片通信时，A总线和B总线是差分信号，整流桥将两条总线的差分信号整流成直流电压信号作电子雷管芯片的电源输入，同时A总线和B总线直接连接电子雷管芯片作通信信号线。

电子雷管芯片、电容C1(即通信陶瓷电容)：电容C1正向充电，整流桥输出的电源电压经过电子雷管芯片内部两个隔离二极管给电容C1充电，电容C1上电压永远只比电子雷管模块A总线和B总线电压小四个二极管压降的电压；电容C1反向供电，当A总线和B总线断开时，整流桥不给电子雷管芯片输出电源电压时，电容C1会向电子雷管芯片延期反向供电来确保电子雷管芯片继续工作。电子雷管芯片的功耗很低且恒定，即使低温环境下电容C1的ESR变高也不影响电子雷管芯片的正常工作。所以电容C1没必要选用钽类电容，低温特性好的陶瓷电容就可以满足需求，同时同等体积和成本下陶瓷电容耐压可以做的很高。

电子雷管芯片、C2(即点火钽电容)：电容C2充电，电子雷管芯片给电容C2充电时内部有电压稳压电路来确保电容C2上的电压是稳定，安全的；电容C2充满电，电子雷管芯片不再给电容C2充电，同时电子雷管芯片内部有隔离二极管来防止充满电的电容C2向电子雷管芯片内部其他电路漏电；电容C2在低温环境也能瞬间释放大电流来点燃点火药头，即低温环境下电容C2的ESR要小，所以电容C2只能选用钽类电容；钽电容成本本身就比较高，如果选用高容值和高耐压的，成本将会成倍的上升。

电子雷管芯片、电容C1(即通信陶瓷电容)、电容C2(即点火钽电容)：电容C1与电容C2在电子雷管芯片上的工作是完全隔离开的，这样在给电容C1冲高电压获取更多的能量时，不用担心会影响到电容C2的安全。

电子雷管芯片、场效应管Q1(即点火MOS)、电容C2(即点火钽电容)、点火药头YT：电子雷管芯片通过点火控制信号线控制场效应管Q1的截止和导通，只有在起爆的瞬间电子雷管芯片才会导通场效应管Q1，其他时间场效应管Q1都是截止的，场效应管Q1导通，电容C2瞬间通过点火药头YT对地放电。

本设计低压通信电压为VL，高压充电电压为VH，充电电压为Vcharge。起爆器和电子雷管模块通过A、B总线连接；起爆器开机，通过A、B总线向雷管供VL，整流桥整流后输出电源电压给电子雷管芯片，电子雷管芯片启动完成初始化，进入待机接收指令状态；起爆器发送指令和电子雷管模块进行通信，确认电子雷管正常，完成起爆前的准备工作，例如：点名，验证起爆密码，延期时间设置等；在通信过程中如果出现短暂断电，C1向电子雷管芯片反向供电防止电子雷管芯片复位；起爆前准备工作完成，起爆器发送充电指令，同时将A、B总线电压抬升至VH，C1电容上的电压也随之抬升。电子雷管芯片开始给C2充电，等待10S，C2充电完成；C2充电完成后，起爆器发送起爆指令，同时断开总线；接收到起爆指令，电子雷管芯片开始延期时间倒计时。同时C1反向给电子雷管芯片供电；延期计时结束，电子雷管芯片打开Q1，C2瞬间释放大电流，YT发热起爆。

本发明通过通信电容与点火电容完全隔离，提高了电子雷管的安全性，也大大降低了低温环境下使用的电子雷管的成本。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明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，这并不影响本发明的实质内容。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。