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电子 雷管控制芯片及其控制方法

阅读：523发布：2024-01-23

专利汇可以提供电子雷管控制芯片及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且电子雷管控制芯片，包括逻辑控制电路，雷管脚线通过通信接口电路与所述逻辑控制电路相连。所述通信接口电路通过整流桥电路与储能装置和充电电路相连。所述储能装置通过电源管理电路与所述逻辑控制电路相连，所述储能装置设于控制芯片的外部。所述逻辑控制电路通过充电检测电路、安全放电电路和放电检测电路与储能装置相连。所述储能装置连接点火装置，所述点火装置通过大功率发火开关电路和发火控制电路与所述逻辑控制电路相连，所述逻辑控制电路连接复位电路、欠压保护电路、时钟电路和非易失性存储器。增加一系列模块，更加精准的控制电子雷管的引爆时间和实现控制芯片与电子雷管间的双线无极性连接，使电子雷管的状态可以在线检测。，下面是电子雷管控制芯片及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.电子雷管控制芯片，包括：用于接收各个电路指令的逻辑控制电路(30)，与所述逻辑控制电路(30)通过充电电路(100)连接的储能装置(10)，所述储能装置(10)连接点火装置(20)，其特征在于，还包括：
充电检测电路(40)，所述充电检测电路(40)的一端和所述逻辑控制电路(30)相连，另一端与所述储能装置(10)相连，用于检测充电电压，并将该充电电压值输送给所述逻辑控制电路(30)；
安全放电电路(60)，所述安全放电电路(60)的一端和所述逻辑控制电路(30)相连，另一端和所述储能装置(10)相连，当电源管理电路(110)的输出电压过低时，通过BUS发送放电指令，通过安全放电电路(60)中的开关直接释放储能装置(10)中的电能；
放电检测电路(50)，所述放电检测电路(50)的一端和所述逻辑控制电路(30)相连，另一端与所述储能装置(10)相连，用于检测放电电压，并将该放电电压值传输给所述逻辑控制电路(30)；
发火检测电路(70)，所述发火检测电路(70)的一端连接所述逻辑控制电路(30)，另一端连接所述点火装置(20)，用于检测发火装置端电压是否达到预设值来判断发火装置是否正常。
2.根据权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：所述的充电检测电路(40)和放电检测电路(50)共用迟滞比较器一(231)，所述迟滞比较器一(231)的输出端连接所述逻辑控制电路(30)，所述迟滞比较器一(231)的输入端连接所述储能装置(10)，用于比较迟滞比较器一(231)两端的电压值和逻辑控制电路(30)的预设电压值，如低于预设电压值，则断电；如高于预设的电压值，则会继续向储能装置(10)实现充放电功能。
3.根据权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：所述的发火检测电路(70)包括迟滞比较器二(232)、电阻一(201)和NMOS管一(211)，所述迟滞比较器二(232)的输出端连接所述逻辑控制电路(30)，所述迟滞比较器二(232)的输入端连接所述点火装置(20)，所述迟滞比较器二(232)的输入端还通过所述电阻一(201)和所述NMOS管一(211)相连。
4.根据权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于：所述的安全放电电路(60)包括电阻二(202)和NMOS管二(212)，所述的电阻二(202)的两端连接所述NMOS管二(212)的两端，所述NMOS管二(212)的栅极连接所述逻辑控制电路(30)，源极接地，漏极连接所述储能装置(10)。
5.根据权利要求1所述的电子雷管控制芯片，其特征在于，还包括：
欠压保护电路(160)，所述欠压保护电路(160)连接所述逻辑控制电路(30)，用于维持电压异常时的控制芯片的安全状态；
大功率发火开关电路(80)，所述的大功率发火开关电路(80)的一端连接所述点火装置(20)，另一端通过发火控制电路(90)和所述逻辑控制电路(30)连接，所述逻辑控制电路(30)发出发火指令经过发火控制电路(90)传输至大功率发火开关电路(80)中，开启点火装置(20)，引爆雷管；
充电电路(100)，所述充电电路(100)一端连接所述逻辑控制电路(30)，另一端连接所述储能装置(10)，所述逻辑控制电路(30)给所述充电电路(100)发送充电指令，给储能装置(10)充电；
雷管脚线(180)，所述雷管脚线(180)连接所述通信接口电路(130)，用于充当控制芯片的电源，也收发控制芯片的信号；
整流桥电路(120)，所述整流桥电路(120)通过通信接口电路(130)与所述雷管脚线(180)连接，所述通信接口电路(130)连接所述逻辑控制电路(30)，所述通信接口电路(130)包括数据接收模块和数据发送模块，用于给逻辑控制电路(30)输送指令，整流桥电路(120)用于整流来自所述通信接口电路(130)传输来的电信号，再发送至所述充电电路(100)中；
非易失性存储器(140)，所述的非易失性存储器(140)连接所述逻辑控制电路(30)，用于存储逻辑控制电路(30)中的数据指令；
复位电路(170)，所述的复位电路(170)连接所述的逻辑控制电路(30)，用于将控制芯片的现在工作状态复位至初始状态，使所有的状态和内部寄存器均复位；
时钟电路(150)，所述的时钟电路(150)连接所述逻辑控制电路(30)，用于设置雷管的引爆时间。
6.电子雷管控制芯片的控制方法，其特征在于：
第一步，上电，校正延期精度，获取所述充电检测电路(40)、放电检测电路(50)和发火检测电路(70)中各自的迟滞比较器的两端实时电压值；
第二步，将第一步中获取的电压值与所述逻辑控制电路(30)中预设的电压值做对比；
第三步，若所述充电检测电路(40)、放电检测电路(50)和发火检测电路(70)的实时电压值比所述的逻辑控制电路(30)预设的电压值大时，则继续进行第四步；若实时电压值不大于预设电压值时，则直接进行第五步；
第四步，在所述逻辑控制电路(30)中写入雷管起爆的延期时间，对控制芯片进行充电，芯片外部的主机读取充电时的电压和电流值，如检测正常，则下达雷管起爆指令；如检测异常(电压、电流值不大于预设值)，则进行第五步；
第五步，所述逻辑控制电路(30)向所述充电检测电路(40)、放电检测电路(50)和发火检测电路(70)发送复位指令，使其分别回到各自的预设的初始工作状态，断电。

说明书全文

电子 雷管控制芯片及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及火工品制造技术领域，尤其是电子雷管控制芯片及其控制方法。

背景技术

[0002] 在20世纪80年代，澳大利亚、欧洲等发达国家开始研究电子雷管的技术，随着电子技术、微电子技术和信息技术的飞速发展，电子雷管技术取得了很大的进展，至20世纪90年代末，电子雷管开始被投入到试验和市场进行推广。普通的电子雷管采用延期体实现延期爆炸功能，这种设计不仅精度差，且延期的时间也不可进行改变，另外，由于延期体中含有重金属，雷管爆炸后会产生重污染，对环境造成恶劣的影响，并且当前的电子雷管的管理不受控制，很容易被外界人员接触到这种危险品，造成不必要的损失，影响社会安全，所以，就要对电子雷管进行打标编码，而作为电子雷管的核心部件，电子雷管控制芯片会直接影响着电子雷管的性能。

[0003] 在现有的电子雷管控制芯片的技术中，还会存在一些缺陷，例如：充电过程为不受控制的直接充电过程；电路本身会存在漏电流；非工作状态下，充电输出端的电位处于浮动状态等，上述的弊病会直接影响到电子雷管的使用安全，且因为现有的控制芯片的外部保护和电路本身的保护不完全，检测方法过于简单会造成经济损失和危害人身安全。所以，就需设计一种保护措施更为完全和完善整个控制芯片电路的电子雷管控制芯片。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以防止电子雷管误爆炸的电子雷管控制芯片。

[0005] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

[0006] 电子雷管控制芯片，包括：用于接收各个电路指令的逻辑控制电路，与所述逻辑控制电路通过充电电路连接的储能装置，所述储能装置连接点火装置，其特征在于，还包括：

[0007] 充电检测电路，所述充电检测电路的一端和所述逻辑控制电路相连，另一端与所述储能装置相连，用于检测充电电压，并将该充电电压值输送给所述逻辑控制电路；

[0008] 安全放电电路，所述安全放电电路的一端和所述逻辑控制电路相连，另一端和所述储能装置相连，当电源管理电路的输出电压过低时，通过BUS发送放电指令，通过安全放电电路中的开关直接释放储能装置中的电能；

[0009] 放电检测电路，所述放电检测电路的一端和所述逻辑控制电路相连，另一端与所述储能装置相连，用于检测放电电压，并将该放电电压值传输给所述逻辑控制电路；

[0010] 发火检测电路，所述发火检测电路的一端连接所述逻辑控制电路，另一端连接所述点火装置，用于检测发火装置端电压是否达到预设值来判断发火装置是否正常。

[0011] 优选的，所述的充电检测电路和放电检测电路共用迟滞比较器一，所述迟滞比较器一的输出端连接所述逻辑控制电路，所述迟滞比较器一的输入端连接所述储能装置，用于比较迟滞比较器一两端的电压值和逻辑控制电路的预设电压值，如低于预设电压值，则断电；如高于预设的电压值，则会继续向储能装置实现充放电功能。

[0012] 优选的，所述的发火检测电路包括迟滞比较器二、电阻一和NMOS管一，所述迟滞比较器二的输出端连接所述逻辑控制电路，所述迟滞比较器二的输入端连接所述点火装置，所述迟滞比较器二的输入端还通过所述电阻一和所述NMOS管一相连。

[0013] 优选的，所述的安全放电电路包括电阻二和NMOS管二，所述的电阻二的两端连接所述NMOS管二的两端，所述NMOS管二的栅极连接所述逻辑控制电路，源极接地，漏极连接所述储能装置。

[0014] 优选的，所述的电子雷管控制芯片，还包括：

[0015] 欠压保护电路，所述欠压保护电路连接所述逻辑控制电路，用于维持电压异常时的控制芯片的安全状态；

[0016] 大功率发火开关电路，所述的大功率发火开关电路的一端连接所述点火装置，另一端通过发火控制电路和所述逻辑控制电路连接，所述逻辑控制电路发出发火指令经过发火控制电路传输至大功率发火开关电路中，开启点火装置，引爆雷管；

[0017] 充电电路，所述充电电路一端连接所述逻辑控制电路，另一端连接所述储能装置，所述逻辑控制电路给所述充电电路发送充电指令，给储能装置充电；

[0018] 雷管脚线，所述雷管脚线连接所述通信接口电路，用于充当控制芯片的电源，也收发控制芯片的信号；

[0019] 整流桥电路，所述整流桥电路通过通信接口电路与所述雷管脚线连接，所述通信接口电路连接所述逻辑控制电路，所述通信接口电路包括数据接收模块和数据发送模块，用于给逻辑控制电路输送指令，整流桥电路用于整流来自所述通信接口电路传输来的电信号，再发送至所述充电电路中；

[0020] 非易失性存储器，所述的非易失性存储器连接所述逻辑控制电路，用于存储逻辑控制电路中的数据指令；

[0021] 复位电路，所述的复位电路连接所述的逻辑控制电路，用于将控制芯片的现在工作状态复位至初始状态，使所有的状态和内部寄存器均复位；

[0022] 时钟电路，所述的时钟电路连接所述逻辑控制电路，用于设置雷管的引爆时间。

[0023] 优选的，所述的电子雷管控制芯片的检测方法，其特征在于：

[0024] 第一步，上电，校正延期精度，获取所述充电检测电路、放电检测电路和发火检测电路中各自的迟滞比较器的两端实时电压值；

[0025] 第二步，将第一步中获取的电压值与所述逻辑控制电路中预设的电压值做对比；

[0026] 第三步，若所述充电检测电路、放电检测电路和发火检测电路的实时电压值比所述的逻辑控制电路预设的电压值大时，则继续进行第四步；若实时电压值不大于预设电压值时，则直接进行第五步；

[0027] 第四步，在所述逻辑控制电路中写入雷管起爆的延期时间，对控制芯片进行充电，芯片外部的主机读取充电时的电压和电流值，如检测正常，则下达雷管起爆指令；如检测异常(电压、电流值不大于预设值)，则进行第五步；

[0028] 第五步，所述逻辑控制电路向所述充电检测电路、放电检测电路和发火检测电路发送复位指令，使其分别回到各自的预设的初始工作状态，断电。

[0029] 本发明的优点和积极效果是：

[0030] 1、本发明通过改进安全放电电路、充电检测电路、发火检测电路和放电检测电路和精进控制芯片的工作流程来提高控制芯片的安全性能，为电子雷管的引爆提供了保障。

[0031] 2、本发明通过增加低压转换电路和基准电压、基准电流生成电路等模块，来更加精准的控制电子雷管的引爆时间和实现控制芯片与电子雷管间的双线无极性连接，使起爆过程可控制，延长了原有的控制芯片的起爆时间，使电子雷管的状态可以在线检测，提高了安全性。附图说明

[0032] 图1是本发明的总体框图；

[0033] 图2是本发明的检测电路示意图；

[0034] 图3是本发明的欠压保护电路的电路示意图；

[0035] 图4是本发明的充电电路的电路示意图；

[0036] 图5是本发明的安全放电电路的电路示意图；

[0037] 图6是本发明的工作流程示意图；

[0038] 图7是本发明的控制电路的示意图。

[0039] 图中：10、储能装置；11、储能装置一；12、储能装置二；20、点火装置；30、逻辑控制电路；40、充电检测电路；50、放电检测电路；60、安全放电电路；70、发火检测电路；80、大功率发火开关电路；90、发火控制电路；100、充电电路；110、电源管理电路；120、整流桥电路；130、通信接口电路；140、非易失性存储器；150、时钟电路；160、欠压保护电路；170、复位电路；180、雷管脚线；191、二极管一；192、二极管二；201、电阻一；202、电阻二；203、电阻三；
204、电阻四；205、电阻五；211、NMOS管一；212、NMOS管二；213、NMOS管三；214、NMOS管四；
221、PMOS管一；231、迟滞比较器一；232、迟滞比较器二；233、迟滞比较器三。

具体实施方式

[0040] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

[0041] 如图7和图1所示，本发明所述的电子雷管控制芯片，包括逻辑控制电路30，逻辑控制电路30用于接收各个电路的指令，来向控制芯片外部的点火装置20发送引爆命令，和向控制芯片外部的储能装置10发送充放电指令，雷管脚线180通过通信接口电路130与所述逻辑控制电路30相连。所述的通信接口电路130还包括数据接收模块和数据发送模块，通过增设上述模块，使控制芯片的精确度得到提高，完善了现有的控制芯片的工作过程。所述雷管脚线180用于充当控制芯片的电源，也收发控制芯片的信号。通信接口电路130用于给逻辑控制电路30输送指令。所述通信接口电路130通过整流桥电路120与储能装置10和充电电路100相连，整流桥电路120用于整流来自所述通信接口电路130传输来的电信号，再发送至充电电路100中。所述储能装置10通过电源管理电路110与所述逻辑控制电路30相连，所述的电源管理电路110还包括低压转换电路和基准电压、基准电流生成电路，电源管理电路110用于将所述储能装置10中的电能反馈给所述逻辑控制电路30，所述储能装置10设于控制芯片的外部，包括储能装置一11和储能装置二12，每个储能装置设有一个电容，用于存储电能。所述逻辑控制电路30通过充电检测电路40、安全放电电路60和放电检测电路50与储能装置10相连，所述充电检测电路40用于比较在控制芯片充电时，充电检测电路40两端的电压与所述的逻辑控制电路30中预设的电压值是否一致，来检测充电时芯片的工作状态。所述的安全放电电路60用于当电源管理电路110的输出电压过低时，通过BUS发送放电指令，打开安全放电电路60中的开关直接释放储能装置10中的电能。所述放电检测电路50用于比较在控制芯片放电时，放电检测电路50两端的电压与所述的逻辑控制电路30中预设的电压值是否一致，来检测放电时芯片的工作状态。所述储能装置10连接点火装置20，所述点火装置20通过大功率发火开关电路80和发火控制电路90与所述逻辑控制电路30相连，所述逻辑控制电路30连接复位电路170、欠压保护电路160、时钟电路150和非易失性存储器140。所述的复位电路170用于将控制芯片的初始状态清除至默认值，使所有的状态和内部寄存器均复位。所述的时钟电路150用于设置雷管的引爆时间。所述的非易失性存储器140用于存储逻辑控制电路30中的数据指令，不易丢失。所述的欠压保护电路160用于维持电压异常时的控制芯片的安全状态。

[0042] 如图2所示，所述的充电检测电路40和放电检测电路50共用迟滞比较器一231，所述迟滞比较器一231的输出端连接所述逻辑控制电路30，所述迟滞比较器一231的输入端连接所述储能装置10，用于比较迟滞比较器一231两端的电压值和逻辑控制电路30的预设电压值，如低于预设电压值，则断电；如高于预设的电压值，则会继续向储能装置10实现充放电功能。所述的发火检测电路70包括迟滞比较器二232、电阻一201和NMOS管一211，所述迟滞比较器二232的输出端连接所述逻辑控制电路30，所述迟滞比较器二232的输入端连接所述点火装置20，所述迟滞比较器二232的输入端还通过所述电阻一201和所述NMOS管一211相连。所述的大功率发火开关电路80为NMOS管四214，所述NMOS管四214的栅极和所述发火控制电路90相连，所述NMOS管四214的源极接地，所述NMOS管四214的漏极通向所述点火装置20，所述的大功率发火开关电路80可以内置于所述控制芯片，亦可外置于所述控制芯片，此举增加了控制芯片的实用性，扩大了应用范围。

[0043] 如图3所示，所述的欠压保护电路160包括迟滞比较器三233、电阻四204和电阻五205，所述电阻五205一端接地，另一端接所述迟滞比较器三233的输入端，所述电阻四204一端接高电平，另一端接所述迟滞比较器三233的输入端，所述的迟滞比较器三233的输出端通向所述逻辑控制电路30。所述的欠压保护电路160的作用为：用迟滞比较器三233比较各个端口的电压，当电源管理电路110的输出电压低于一定值或电压异常的时候锁定各个输出端，来保持电子雷管的静止状态，其内部算法由逻辑控制电路30进行实现。

[0044] 如图4所示，所述的充电电路100包括充电控制电路、电压转换电路、充电开关电路和二极管，所述的充电开关电路的一端连接二极管共同通向所述控制芯片外部的储能装置10，所述的充电控制电路与电压转换电路连接通向所述逻辑控制电路30，所述的充电控制电路为NMOS管三213，所述的充电开关电路为PMOS管一221，所述电压转换电路由电流源和电阻三203组成，所述NMOS管三213的栅极连接所述逻辑控制电路30，所述NMOS管三213的源极和衬底连接所述电流源的负极，所述电流源的正极接地，所述NMOS管三213的漏极连接所述PMOS管一221的栅极，所述PMOS管一221的源极和衬底与电阻三203的一端相连并连接至所述整流桥电路120，该端还通过二极管一191与所述控制芯片外部的储能装置一11的一端相连，所述的储能装置一11另一端接地，所述储能装置一11其余的一端通向所述电源管理电路110的一端，所述电源管理电路110的另外一端接地，所述PMOS管一221的漏极连接二极管二192通向储能装置二12。因为整流桥输出是高电压，而控制信号是低电压，所以要设置一个PMOS管一221、一个NMOS管三213、一个电阻三203和一个二极管二192，PMOS管一221是一个开关，二极管二192为了防止电流的倒灌，当NMOS管三213关闭时，PMOS管一221关闭，此时，不输出电流；当NMOS管三213开启时，电阻三203上产生(电流*电阻三203)的电压，PMOS管一221开启，输出电流。

[0045] 如图5所示，所述的安全放电电路60包括NMOS管二212和电阻二202，所述的NMOS管二212的栅极连接所述逻辑控制电路30，源极和衬底接地，漏极连接所述储能装置10，所述电阻二202的两端分别连接所述NMOS管二212的漏极和源极，安全放电电路60的作用是当电源管理电路110的输出电压过低时，通过BUS发送放电指令，通过安全放电电路60中的开关直接释放储能装置10中的电能；

[0046] 具体实施时，电子雷管控制芯片的检测方法如下，如图6所示，雷管脚线180上电后，关闭充电回路和发火回路，打开放电回路。读取非易失性存储器140中的数据，再校正雷管引爆延期的精度，之后，逻辑控制电路30读取雷管所在的控制芯片的ID，来判断此ID是否已经过授权，如没有授权，则不能引爆此雷管，控制芯片直接断电；如已授权，则证明此雷管可用。然后，再对充放电回路和发火回路进行检测，如其中有一环节出现差错，则退出控制芯片，断电；如均通过了检测，则在逻辑控制电路30中写入雷管引爆的延期时间。再经过芯片外部的主机读取检测的结果和写入的延期时间是否正常，如正常，则对储能装置10进行充电；如有异常，则直接断电退出。在充电过程中，逻辑控制电路30会读取充电时的实时电压和电流值，如发现异常，控制芯片断电；如充放电过程正常，则发送起爆雷管的指令，通过大功率发火开关向点火装置20传送点火指令，引爆雷管，完成爆破工作。

[0047] 本发明通过改进安全放电电路60、充电检测电路40、发火检测电路70和放电检测电路50和精进控制芯片的工作流程来提高控制芯片的安全性能，为电子雷管的引爆提供了保障，除此之外，本发明通过增加低压转换电路和基准电压、基准电流生成电路等模块，来更加精准的控制电子雷管的引爆时间和实现控制芯片与电子雷管间的双线无极性连接，使起爆过程可控制，延长了原有的控制芯片的起爆时间，使电子雷管的状态可以在线检测，提高了安全性。

[0048] 需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

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