一种增强雷管抗浪涌电流的电路及电子雷管

技术领域

本发明涉及电子雷管技术领域，特别涉及一种增强雷管抗浪涌电流的电路及电子雷管。

背景技术

电子雷管是采用数字控制芯片对起爆器过程进行精确控制的新型雷管，其优势为：技术成熟，性能更优，易于管控。其精确多段式的延时设置，为大规模的精确爆破提供可行条件，其三码绑定技术使得电子雷管在具体使用过程中，信息能够闭环处理，安全监管智能高效。但是，实际爆破过程中，首发起爆的雷管会产生巨大的震动波，它辐射出的高能量电磁干扰和浪涌电流会严重影响临近的雷管，导致其拒爆，此现象在小断面场景下尤为明显。这就要求雷管模组本身需具备强大的抵抗电磁干扰及浪涌电流的能力。

目前的电子雷管模组存在以下缺点：

1)部分雷管模组的输入AB极防护能力有限，无法适应小断面等复杂施工环境使用；

2)部分雷管模组的输入AB极防护电路设计过于复杂，成本昂贵，不利于批量生产；

3)部分雷管模组的输入AB极防护电路的器件选型过于庞大，不利于雷管向小型化方向发展。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种增强雷管抗浪涌电流的电路及电子雷管，旨在提升雷管模组抵抗电磁干扰及浪涌电流的能力。

为实现上述目的，本发明提出一种增强雷管抗浪涌电流的电路，包括：依次连接的一级防护电路、二级防护电路、三级防护电路和四级防护电路，其中，所述一级防护电路的一端连接雷管A脚线和B脚线，另一端与所述二级防护电路的一端连接，所述二级防护电路的另一端与所述三级防护电路的一端连接，所述三级防护电路的另一端与所述四级防护电路的一端连接，所述四级防护电路的另一端与雷管数控芯片连接；

所述一级防护电路和三级防护电路用于消除高频高压瞬态电流，所述二级防护电路用于消除低频低压大电流，所述四级防护电路用于防止低压大电流损坏所述数字芯片。

本发明进一步的技术方案是，所述一级防护电路包括三对对内的尖端放电焊盘及四个对外的尖端放电焊盘，用于消除所述雷管A脚线和B脚线上高能浪涌中的高频高压瞬态电压。

本发明进一步的技术方案是，所述对内的尖端放电焊盘为锯齿状，上下两对焊盘间距为0.12mm。

本发明进一步的技术方案是，所述对外尖端放电焊盘贴好PCB板边，与雷管金属管壳的间距为0.5mm。

本发明进一步的技术方案是，所述二级防护电路包括TVS管D1，所述TVS管D1分别与所述一级防护电路、三级防护电路连接，用于消除雷管A脚线和B脚线上高能浪涌中的低频低压大电流。

本发明进一步的技术方案是，所述三级防护电路采用电阻R4、电阻R5、TVS管D2、TVS管D3以及与雷管金属管壳连接的泄放弹片搭建而成，用于消除高频高压的脉冲干扰。

本发明进一步的技术方案是，所述四级防护电路包括两颗串联在所述雷管A脚线和B脚线中的熔断保险丝。

为实现上述目的，本发明还提出一种电子雷管，包括如上所述的增强雷管抗浪涌电流的电路。

本发明增强雷管抗浪涌电流的电路及电子雷管的有益效果是：本发明采用一种四级防护电路增强了雷管模组抵抗浪涌电流的能力，使之适用于小断面等复杂环境下的爆破，另外，本发明具备大批量生产条件，降低了雷管模组用料成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明增强雷管抗浪涌电流的电路较佳实施例的电路结构示意图；

图2是低频低压大电流消除路径示意图；

图3是高频高压瞬态电流消除路径示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

本发明提出一种增强雷管抗浪涌电流的电路，本发明所采用的技术方案主要是设计一套四级防护电路来保护雷管输入AB级，极大地增强其抵抗浪涌电流的能力。设计过程中引入了尖端放电电路、大功率的TVS管、电阻加小封装高压TVS管形成的RC阻隔与泄放电路、与管壳接触的泄放弹片、串联至数字芯片的小型保险丝。高能量的浪涌电流主要包含高频高压瞬态电流、低频低压大电流两类。本发明中的一级及三级防护电路主要消除高频高压瞬态电流，二级防护电路主要消除低频低压大电流，四级防护电路是防止低压大电流直接损坏数字芯片。我们按此方案设计出来的雷管模组，能稳定通过极限条件下的20KV ESD测试、8KV 高压脉冲测试、220V交流耐压测试、50V直流耐压测试。制成成品的雷管，在小断面等复杂环境下做实际爆破试验，拒爆率小于千分之三。

具体地，请参照图1，本发明增强雷管抗浪涌电流的电路较佳实施例包括依次连接的一级防护电路、二级防护电路、三级防护电路和四级防护电路。

其中，所述一级防护电路的一端连接雷管A脚线和B脚线，另一端与所述二级防护电路的一端连接，所述二级防护电路的另一端与所述三级防护电路的一端连接，所述三级防护电路的另一端与所述四级防护电路的一端连接，所述四级防护电路的另一端与雷管数控芯片连接。

所述一级防护电路和三级防护电路用于消除高频高压瞬态电流，所述二级防护电路用于消除低频低压大电流，所述四级防护电路用于防止低压大电流损坏所述数字芯片。

如图1所示，所述一级防护电路包括三对对内的尖端放电焊盘及四个对外的尖端放电焊盘，用于消除所述雷管A脚线和B脚线上高能浪涌中的高频高压瞬态电压。

本实施例中，所述对内的尖端放电焊盘为锯齿状，上下两对焊盘间距为0.12mm。

本实施例中，所述对外尖端放电焊盘贴好PCB板边，与雷管金属管壳的间距为0.5mm。

本实施例中，所述二级防护电路包括TVS管D1，所述TVS管D1分别与所述一级防护电路、三级防护电路连接，用于消除雷管A脚线和B脚线上高能浪涌中的低频低压大电流。

本实施例中，所述三级防护电路采用电阻R4、电阻R5、TVS管D2、TVS管D3以及与雷管金属管壳连接的泄放弹片搭建而成，用于消除高频高压的脉冲干扰。

本实施例中，所述四级防护电路包括两颗串联在所述雷管A脚线和B脚线中的熔断保险丝。

以下对本发明增强雷管抗浪涌电流的电路的工作原理进行详细阐述。

本发明增强雷管抗浪涌电流的电路中，“一级防护电路”主要由三对对内的尖端放电焊盘及四个对外的尖端放电焊盘组成，其主要作用是消除雷管AB脚线上高能浪涌中的高频高压瞬态电流。对内尖端放电焊盘设计成锯齿状，上下两对焊盘间距为0.12mm；对外尖端放电焊盘贴靠PCB板边，与雷管金属管壳的间距约0.5mm。这就形成两条较好的尖端放电路径，其一，浪涌电流从A极（或B极）进入，通过对内尖端放电焊盘从B极（或A极）导出；其二，浪涌电流从A极或B极进入，通过对外尖端放电焊盘从雷管金属管壳导出至大地。

具体地，对于三对对内尖端放电管：高频高压瞬态电流从A极（或B极）进入，通过（PAD1、PDA2、PAD3）从B极（或A极）导出；对于四个对外尖端放电管：高频高压瞬态电流从A极（或B极）进入，通过（PAD6、PAD7、PAD8、PAD10）从雷管金属管壳导出。

“二级防护电路”主要由一个大功率的TVS管组成。它能承受200W的功率，30KV的抗ESD性能，SOD123封装能快速散热。其主要作用是消除雷管AB脚线上高能浪涌中的低频低压大电流。大电流从A极（或B极）进入，通过此大功率TVS管从B极（或A极）导出，避免损坏下一级电路。

具体地，低频低压大电流从A极（或B极）进入，从B极（或A极）导出。

“三级防护电路”主要由串联小电阻（R4 R5）、并联的小TVS管（D2 D3）、接管壳的金属泄放弹片（J1）共同搭建而成。这一电路结构可等效为一个双向的RC低通滤波电路加一个静电阻隔泄放回路。滤波电路可消除高频高压的脉冲干扰；泄放回路可将高频静电干扰通过TVS管及弹片，以最快速度泄放到大地中。

具体地：

1）双向的RC低通滤波电路：由R4与D2的等效电容、R5与D3的等效电容组成，主要滤除高频干扰；

2）静电阻隔泄放回路：由R4、R5对静电进行阻隔；在由D2、D3、J1形成静电泄放回路，静电干扰信号从A极（或B极）进入，经R4、R5阻隔，再由D2、D3、J1泄放至大地；

3）选用0402封装51欧姆小电阻；0402封装30KV TVS管；定制的泄放弹片。

“四级防护电路”主要由两颗串联在AB线中的熔断保险丝组成。它选用反应时间在1毫秒以内的PTC器件。一旦大电流干扰信号突破前三级防护电路的保护，传入后极电路，PTC器件会在毫秒时间内熔断以阻隔大电流。后端的控制芯片不会受到损坏，仍可保持既定的工作状态来控制雷管。

具体地，本实施例选用两颗小封装的的PTC熔断保险丝，一旦浪涌大电流突破前三级防护，PTC1或PTC2会在1毫秒内熔断，保护后极数控芯片。

本发明增强雷管抗浪涌电流的电路的实现流程是：

1、如图2所示，低频低压大电流消除路径是：

1）低频低压大电流通过三对对内尖端放电焊盘及大功率TVS管进行内部泄放；大电流从A极（或B极）流入，从B极（或A极）泄放。

2）低频低压大电流通过四个对外尖端放电焊盘向金属管壳进行外部泄放；大电流从A级（或B极）流入，由管壳泄放。

2、如图3所示，高频高压瞬态电流消除路径是：

1）泄放路径1：高频高压瞬态电流经一级防护电路由对外尖端放电焊盘泄至金属管壳；

2）泄放路径2：高频高压瞬态电流经三级阻隔泄放电路由金属弹片泄放至金属管壳；

3）熔断路径3：高频高压瞬态电流熔断四级防护电路中的保险丝。

本发明增强雷管抗浪涌电流的电路的有益效果是：本发明采用一种四级防护电路增强了雷管模组抵抗浪涌电流的能力，使之适用于小断面等复杂环境下的爆破，另外，本发明具备大批量生产条件，降低了雷管模组用料成本。

为实现上述目的，本发明还提出一种电子雷管，包括如上所述的增强雷管抗浪涌电流的电路，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。