CN113028916A - 煤矿许用的数码电子***及其芯片和电子模块 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种煤矿许用的数码电子***及其芯片和电子模块。其中的芯片包括电源电路、点火电路、充电电路及放电电路;其中的电子模块包括电路板、如前文所述的数码电子***芯片、储能电容、发火装置和脚线焊盘,还包括设置有上述芯片、电子模块的***整体。本申请技术特点为作业过程中总存储电能量不超过0.4mJ,并且芯片内部具有各项保护开关,能够自动快速的泄放储能电容能量,在通信、充电及起爆过程中大大提高了安全性,符合新推出的煤矿许用各项标准,具有很高的可靠性。
Description
技术领域:
本申请属于民用***设备,煤矿设备领域,具体涉及一种煤矿许用的数码电子***,及其内部的专用芯片和电子模块。
背景技术:
数码电子***,即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的***,其本质在于用一个含有微型电子芯片的控制模块驱动点火头。其中电子控制模块是指置于数码电子***内部,具备***起爆延期时间控制、起爆能量控制功能,内置***身份信息码和起爆密码,能对自身功能、性能以及***点火元件的电性能进行测试,并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信的专用电路模块。
由于监管政策的推动,带有监管功能的数码电子***将全面取代传统电***。以此为前提,在煤矿井下作业中也将推行数码电子***。煤矿井下使用的产品需满足《GB3836.1-2010***性环境设备通用要求》及《GB3836-4-2010本质安全型》等标准的要求,现有技术中,专门设计用于煤矿井下,符合上述最新标准的数码电子***及配套设备仍然较少。
发明内容:
本申请的目的在于,提供一种满足煤矿许用标准的数码电子***,包括其内部的电子模块及芯片。具体而言,是一种确保在低能量状态(最大储能量低于0.4mJ)下仍能可靠发火的***及其内部组件。
本申请包括一种数码电子***芯片的技术方案,所述芯片中集成有:
电源电路;
点火电路,包括点火开关,所述点火开关与芯片外的发火装置和储能电容依次串联;其中,当所述点火开关闭合时,所述储能电容中的电能输入至所述发火装置,使所述发火装置发火;
充电电路,用于为所述储能电容充电,包括充电开关;其中,当所述充电开关闭合时,连通所述电源电路与所述储能电容,使所述储能电容充电;
放电电路,用于对所述储能电容进行放电,所述放电电路包括放电电阻和放电开关,所述放电电阻、放电开关与芯片外的储能电容依次串联;其中,当所述放电开关闭合时,连通所述储能电容与所述放电电阻,对储能电容中的电能进行泄放。
优选地,还包括放电控制模块,与所述放电开关连接,用于在预设条件下控制所述放电开关闭合,对所述储能电容进行放电。
本申请还包括一种煤矿许用的数码电子***模块的技术方案,包括:
电路板;
如前文所述的数码电子***芯片,设置在所述电路板上;
储能电容,设置在所述电路板上,与所述数码电子***芯片连接;
发火装置,设置在所述电路板的一端,与所述数码电子***芯片和所述储能电容连接;其中,所述发火装置用于在所述数码电子***芯片的控制下点燃***中的起爆药;
脚线焊盘,设置在所述电路板上,与所述数码电子***芯片连接,用于连接***脚线。
优选地,所述发火装置包括:点火药碗,用于盛装点火药剂,开口朝向***内部的起爆药;点火元件,设置于所述点火药碗内的底部,与所述数码电子***芯片和所述储能电容连接;其中,所述点火元件在输入电能时产生高温引燃点火药碗内的点火药剂。进一步地,所述点火元件为半导体桥点火头,所述点火药碗内填装包括三硝基间苯二酚铅和硫氰酸铅的混合物。
上述技术方案中的煤矿许用的数码电子***模块,优选地,所述储能电容为陶瓷电容。
上述技术方案中的煤矿许用的数码电子***模块,优选地,还包括:弹片,设置于所述电路板上,为弹性导体材料制成,所述弹片通过瞬变抑制二极管与所述脚线焊盘连接。
上述技术方案中的煤矿许用的数码电子***模块,优选地,所述数码电子***芯片与所述脚线焊盘之间串联有限流电阻,用于限制脚线输入的电流。
上述技术方案中的煤矿许用的数码电子***模块,优选地,所述电路板上还设置有:
工作电容,与所述数码电子***芯片连接;
LDO电容,与所述数码电子***芯片内部集成的LDO电路连接。
本申请还包括一种煤矿许用的数码电子***的技术方案,包括:
***外壳;
前文所述的煤矿许用的数码电子***模块,设置在所述***外壳内部;
起爆药剂,填装在所述***外壳内部,与发火装置位置对应;
脚线,与所述煤矿许用的数码电子***模块的脚线焊盘连接。
本申请技术方案具备如下优点:
1.本申请通过发火元件的结构设计,加上陶瓷电容再加上点火药的特殊配方,加上芯片的整体性设计,使本申请产品实现绝对的本安型设计:作业过程中总存储电能量不超过0.4mJ,符合煤矿许用标准,且在此前提下能保证各项性能指标符合***作业要求。***在充电时,***储能电容最大储能量低于0.4mJ,不易引起可燃性气体***。***在正常起爆后,***储能电容最大储能量低于0.4mJ,剩余能量会在非常短的时间内泄放和消耗完,不易引起可燃性气体***。***在起爆异常时,***储能电容最大储能量低于0.4mJ,剩余能量会在非常短的时间内泄放和消耗完,不易引起可燃性气体***。
2.可在需要时快速泄放储能电容的电量,在通信、充电和起爆过程中大大提高了安全性。
3.采用无极性脚线设计,在进行与***连接时,不用区分极性。
4.发火装置的设计与药剂的选用,能够保证发火可靠性。
5.设置有防静电火花的弹片结构,增强恶劣工况下的安全性能。
附图说明:
图1为本申请芯片中有关部分的电路图;
图2为本申请中电子模块有关部分的电路图;
图3为本申请电子模块结构布局示意图;
图4为本申请电子模块结构布局示意图(背面);
图5为本申请***结构示意图;
图6为本申请发火装置示意图。
图中:
1脚线焊盘;2瞬变抑制二极管;3限流电阻;4工作电容;5储能电容;6发火装置;7弹片;8LDO电容;9数码电子***芯片;10 脚线;11橡胶塞;12起爆药。
61点火药碗,62半导体桥点火头。
具体实施方式:
以下结合附图对本申请做进一步说明。
本申请包括一种数码电子***芯片,所述芯片中集成有如图1所示的电路结构:
电源电路,用于为其他元器件供电,具体而言为整流桥电路,使芯片在进行与***连接时,不用区分脚线的极性。
点火电路,包括点火开关,所述点火开关与芯片外的发火装置和储能电容依次串联;其中,当所述点火开关闭合时,所述储能电容中的电能输入至所述发火装置,使所述发火装置发火;
充电电路,用于为所述储能电容充电,包括充电开关;其中,当所述充电开关闭合时,连通所述电源电路与所述储能电容,使所述储能电容充电;
放电电路,用于在异常状态下对所述储能电容进行放电,所述放电电路包括放电电阻和放电开关,所述放电电阻、放电开关与芯片外的储能电容依次串联;其中,当所述放电开关闭合时,连通所述储能电容与所述放电电阻,对储能电容中的电能进行泄放。
如上实施例中,优选方案还包括:芯片内集成有放电控制模块,与所述放电开关连接,用于在预设条件下控制所述放电开关闭合,对所述储能电容进行放电。放电控制模块可通过通讯模块连接***或其他外部装置。所述预设条件可以为预设的放电时间,也可以在***或其他外部装置的控制下进行主动的电能泄放。
本申请还包括一种带有上述芯片的数码电子***模块,包括:
电路板,焊接有各电子元器件的PCB板。
前文所述的数码电子***芯片,设置在所述电路板上;
储能电容,设置在所述电路板上,与所述数码电子***芯片连接;所述储能电容为陶瓷电容,其内阻较低,在整个***中分走较低的电压,使电能量有限的前提下,更多的电能量集中在点火器件上,实现本申请在较低电能量(0.4mj)状态下仍能正常起爆的技术效果。
发火装置,设置在所述电路板的一端,与所述数码电子***芯片和所述储能电容连接;其中,所述发火装置用于在所述数码电子***芯片的控制下点燃***中的起爆药;
脚线焊盘,设置在所述电路板上,与所述数码电子***芯片连接,用于连接***脚线。
所述发火装置优选的技术方案包括:
点火药碗,用于盛装点火药剂,开口朝向***内部的起爆药;
点火元件,设置于所述点火药碗内的底部,与所述数码电子***芯片和所述储能电容连接;其中,所述点火元件在输入电能时产生高温引燃点火药碗内的点火药剂。所述点火元件为半导体桥点火头,所述点火药碗内填装包括三硝基间苯二酚铅和硫氰酸铅的混合物。发火装置的形制是本申请的重点,目的是在低能量(0.4mJ)的状态下保证稳定发火。总的来说,是采用一个碗状结构,内设点火药剂和半导体桥点火头。
所述储能电容容值为4.7uF±0.47uF。其余的电容容值包括:工作电容,1uF±0.1uF,额定工作电压16V;LOD电容,1uF±0.1uF,额定工作电压10V。整体储能计算如下:
模组电容最大储存总能量:E=E1+E2+E3=0.387mJ
可见总能量E=0.387mJ小于煤矿许可标准要求的0.4mJ,符合煤矿许用标准,本申请的主要技术目的实现。经过实验数据测试,模组0ms起爆后剩余最大能量<0.4mJ。因芯片的放电功能,模组130ms后未起爆剩余最大能量<0.4mJ。
优选地,还包括:
弹片,设置于所述电路板上,为弹性导体材料制成,所述弹片通过瞬变抑制二极管与所述脚线焊盘连接。在电子模块装入管壳时,弹片通过弹性与金属管壳接触,避免内部器件与管壳之间产生明火花,避免出现误爆、井下引燃瓦斯等事故。
进一步地,所述数码电子***芯片与所述脚线焊盘之间串联有限流电阻,用于限制脚线输入的电流。防止脚线上电流电压波动带来的安全隐患。
进一步地,所述电路板上还设置有:
工作电容,与所述数码电子***芯片连接;工作电容容值为 1uF±0.1uF,额定工作电压16V。
LDO电容,与所述数码电子***芯片内部集成的LDO电路连接。 LDO电容容值为1uF±0.1uF,额定工作电压10V。
如图所示,本申请还包括一种煤矿许用的数码电子***,其结构包括有:
***外壳;
如前文所述的煤矿许用的数码电子***模块,设置在所述***外壳内部;
起爆药剂,填装在所述***外壳内部,与发火装置位置对应;
脚线,与所述煤矿许用的数码电子***模块的脚线焊盘连接。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种数码电子***芯片,其特征在于,所述芯片中集成有:
电源电路;
点火电路,包括点火开关,所述点火开关与芯片外的发火装置和储能电容依次串联;其中,当所述点火开关闭合时,所述储能电容中的电能输入至所述发火装置,使所述发火装置发火;
充电电路,用于为所述储能电容充电,包括充电开关;其中,当所述充电开关闭合时,连通所述电源电路与所述储能电容,使所述储能电容充电;
放电电路,用于对所述储能电容进行放电,所述放电电路包括放电电阻和放电开关,所述放电电阻、放电开关与芯片外的储能电容依次串联;其中,当所述放电开关闭合时,连通所述储能电容与所述放电电阻,对储能电容中的电能进行泄放。
2.根据权利要求1所述的数码电子***芯片,其特征在于,还包括:
放电控制模块,与所述放电开关连接,用于在预设条件下控制所述放电开关闭合,对所述储能电容进行放电。
3.一种煤矿许用的数码电子***模块,其特征在于,包括:
电路板;
如权利要求1或2所述的数码电子***芯片,设置在所述电路板上;
储能电容,设置在所述电路板上,与所述数码电子***芯片连接;
发火装置,设置在所述电路板的一端,与所述数码电子***芯片和所述储能电容连接;其中,所述发火装置用于在所述数码电子***芯片的控制下点燃***中的起爆药;
脚线焊盘,设置在所述电路板上,与所述数码电子***芯片连接,用于连接***脚线。
4.根据权利要求3所述的煤矿许用的数码电子***模块,其特征在于,所述发火装置包括:
点火药碗,用于盛装点火药剂,开口朝向***内部的起爆药;
点火元件,设置于所述点火药碗内的底部,与所述数码电子***芯片和所述储能电容连接;
其中,所述点火元件在输入电能时产生高温引燃点火药碗内的点火药剂。
5.根据权利要求4所述的煤矿许用的数码电子***模块,其特征在于,所述点火元件为半导体桥点火头,所述点火药碗内填装包括三硝基间苯二酚铅和硫氰酸铅的混合物。
6.根据权利要求3所述的煤矿许用的数码电子***模块,其特征在于,所述储能电容为陶瓷电容。
7.根据权利要求3所述的煤矿许用的数码电子***模块,其特征在于,还包括:
弹片,设置于所述电路板上,为弹性导体材料制成,所述弹片通过瞬变抑制二极管与所述脚线焊盘连接,其中,当所述电路板安装在管壳内时,所述弹片通过自身弹性与管壳接触并形成电连接。
8.根据权利要求3所述的煤矿许用的数码电子***模块,其特征在于,所述数码电子***芯片与所述脚线焊盘之间串联有限流电阻,用于限制脚线输入的电流。
9.根据权利要求3所述的煤矿许用的数码电子***模块,其特征在于,所述电路板上还设置有:
工作电容,与所述数码电子***芯片连接;
LDO电容,与所述数码电子***芯片内部集成的LDO电路连接。
10.一种煤矿许用的数码电子***,其特征在于,包括:
***外壳;
如权利要求3-9任一项所述的煤矿许用的数码电子***模块,设置在所述***外壳内部;
起爆药剂,填装在所述***外壳内部,与发火装置位置对应;
脚线,与所述煤矿许用的数码电子***模块的脚线焊盘连接。
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