一种延时触发点火电路及其延时触发点火方法

摘要

本发明适用于电路设计技术领域，提供了一种延时触发点火电路及其延时触发点火方法，延时触发点火电路包括低电压产生电路、高精度电流产生模块、反馈式时钟产生模块、延迟配置模块和发火电路，低电压产生电路用于产生预设的低电压；高精度电流产生模块用于产生与电源电压及温度无关的精准电流；反馈式时钟产生模块用于产生与电源电压及温度无关的精准时钟信号；延迟配置模块用以控制点火信号的延迟时间；发火电路通过晶体管控制储能电容对电火工品的充放电。本发明可在较大温度波动的情况下工作，并且具有无需外部晶振、电路易集成和可配置延迟时间的特点。

说明书

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，尤其涉及一种延时触发点火电路及其延时触发点火方法。

背景技术

电子雷管则是近些年国内起爆市场最新兴起的产品。该种雷管通常采用微电子器件替代了传统引线，用晶振和计数器来延时，在精度上比以前的引线雷管更加精确。随着电子雷管应用的广泛，对电子雷管的要求也越来越高。针对不同场景，能配置不同时间的延迟的功能在电子雷管中显得尤为重要。同时部分电子雷管中采用的触发点火装置需要额外晶振来产生时钟。晶振通常不能集成在芯片内，限制了芯片的使用条件，同时增加芯片成本。部分电子雷管受温度影响较大，是这些电子雷管的应用范围受到限制。

鉴于常规触发点火电路存在如下缺陷：1)在较大温度波动的情况下不能稳定工作；2)需要额外的晶振来产生时钟；3)不可配置延迟时间；4)不易集成。因此，有必要设计一种新的高精度可调延迟的触发点火电路用以解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种延时触发点火电路及其延时触发点火方法，旨在解决现有触发点火电路中存在的诸多问题。

本发明是这样实现的，一种延时触发点火电路及其延时触发点火方法，包括：

低电压产生电路，其用于产生预设的低电压；

高精度电流产生模块，其用于产生与电源电压及温度无关的精准电流；

反馈式时钟产生模块，其用于产生与电源电压及温度无关的精准时钟信号；

延迟配置模块，其用以控制点火信号的延迟时间；

发火电路，通过晶体管控制储能电容对电火工品的充放电。

优选的，低电压产生电路包括：第一至第十二极管，第一电阻，第一电容。其中所述第一二极管的负极接地，正极接第一电阻的一端；第一电阻另一端接第二二极管的负极；第一电容的一端接第一二极管的正极，另一端接地；第二二极管的正极接第三二极管的负极，其负极接第一电阻的一端；第三至第十二极管一依次串联，第十二极管负端接第九二极管正端，其正端接电源电压。

优选的，所述高精度电流产生模块包括：第一带隙基准源，第一运算放大器，第一至第六PMOS管，第二和第三电阻，第一NMOS管，第二电容，第一和第二比较器，第一和第二与非门；

所述第一PMOS管源极接第二二极管的负极，栅端与第二PMOS管栅极相接，同时与第一PMOS管漏极相接；第二PMOS管源极与第二二极管负极相接，栅极与第一PMOS管栅极相接，漏端与第四PMOS管源极相接；第三PMOS管源极与第一PMOS管漏极相接，栅极与第四PMOS管栅极相接，同时与第三PMOS管漏极相接；第四PMOS管源极与第二PMOS管漏极相接，栅极与第三PMOS管栅极相接，漏极与第六PMOS管源极相接；第五PMOS管源极与第三PMOS管漏极相接，栅极与第一运算放大器输出端相接，漏极与第二电阻上端相接；第六PMOS管源极与第四PMOS管漏端相接，栅端与第一NMOS管栅端相接，漏端与第一NMOS管漏端相接；第一带隙基准源输出端与第一运放负输出端相接；第一运放负输入端与带隙基准输出端相接，正输入端与第五PMOS管漏端相接；第二电阻上端与第五PMOS漏端相接，下端与第三电阻上端相接；第三电阻上端与第二电阻下端相接，下端接地；第一NMOS管漏端与第六PMOS管相接，栅端与第一与非门输出端相接，源端接地。

优选的，所述反馈式时钟产生模块包括：第二电容，第一和第二比较器，第一和第二与非门；

所述第二电容上端与第六PMOS管漏端相接，下端接地；第一比较器正输入端与第一运放正输入端相接，负输入端与第六PMOS管漏端相接，输出端与第一与非门上输入端相接；第二比较器正输入端与第一比较器负输入端相接，负输入端与第二电阻下端相接，输出端与第二与非门下端相接；第一与非门上输入端与第一比较器输出端相接，下输入端与第二与非门输出端相接，输出端与第二比较器上输入端相接；第二与非门上输入端与第一比较器输出端相接，下输入端与第二比较器输出端相接，输出端与第一与非门下输入端相接。

优选的，所述延迟配置模块包括：配置输入电路，分频器电路，计数器电路，数字比较器电路，电平转换电路；

其中，所述配置输入电路中S1,S2位用户输入端，输入A端接分频器Q0端，输入B端接分频器Q5端，输入C端接分频器Q10端，输入D端接分频器Q15端；

配置输入电路输出O端接计数器输入CLK端；

输入A端接数字比较器A端，输入B端数字比较器B端，输入C端接数字比较器C端；

数字比较器输出端D接电平转化器输入端Vin，电平转换器输出端接第七PMOS管和第二NMOS管栅极。

优选的，所述发火电路包括：第四电阻，第三电容，第七PMOS管，第二NMOS管，第一点火装置T1；

其中，第四电阻上端接电源电压，负端接第七PMOS管源极；第七PMOS管源极接第四电阻下端，栅极接数字比较器输出端，漏极接第二NMOS管漏极；第二NMOS管漏极接第一点火装置T1，源极接地，栅极接第七PMOS管栅极；第三电容上端接电源电压，下端接地。

本发明还提供一种延时触发点火方法，包括以下步骤：

S1、安装上述任意一项所述的一种延时触发点火电路；

S2、低电压产生电路产生稳定的3V电压以供后续电路使用；

S3、高精度电流产生模块产生与温度无关的精准电流；该电流进入反馈式时钟产生模块；产生时钟信号；

S4、用户在配置输入电路中的多路选择器的输入端选择想要的延迟模式，反馈式时钟产生模块产生的时钟经多路选择器产生合适的时钟信号；该合适的时钟信号驱动计数器计数，当计数器的输出值达到数字比较器的比较阈值时，数字比较器输出从高电平翻转至低电平，产生点火使能信号，该信号经过电平转换电路转化为点火信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明所述高精度可调延迟的触发点火电路可在较大温度波动的情况下工作；

2)本发明所述高精度可调延迟的触发点火电路无需外部晶振；

3)本发明所述高精度可调延迟的触发点火电路易集成；

4)本发明所述高精度可调延迟的触发点火电路可配置延迟时间。

附图说明

图1为本发明所述的高精度可调延迟的触发点火电路图。

图2为本发明所述配置输入电路图。

图3为本发明所述分频器电路图。

图4为本发明所述数字比较器电路图。

图5为本发明所述计数器电路图。

图6为本发明所述电平转换电路。

图7为本发明所述高精度电流产生模块电流随温度分布图。

图8为本发明所述相应延迟信号与触发点火电流随温度变化的分布图。。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种延时触发点火电路及其延时触发点火方法，延时触发点火电路包括低电压产生电路、高精度电流产生模块、反馈式时钟产生模块、延迟配置模块和发火电路。

低电压产生电路用于产生预设的低电压；低电压产生电路包括第一至第十二极管，第一电阻，第一电容。其中第一二极管的负极接地，正极接第一电阻的一端；第一电阻另一端接第二二极管的负极；第一电容的一端接第一二极管的正极，另一端接地；第二二极管的正极接第三二极管的负极，其负极接第一电阻的一端；第三至第十二极管一依次串联，第十二极管负端接第九二极管正端，其正端接电源电压。

高精度电流产生模块用于产生与电源电压及温度无关的精准电流。高精度电流产生模块包括：第一带隙基准源，第一运算放大器，第一至第六PMOS管，第二和第三电阻，第一NMOS管，第二电容，第一和第二比较器，第一和第二与非门。

其中，第一PMOS管源极接第二二极管的负极，栅端与第二PMOS管栅极相接，同时与第一PMOS管漏极相接；第二PMOS管源极与第二二极管负极相接，栅极与第一PMOS管栅极相接，漏端与第四PMOS管源极相接；第三PMOS管源极与第一PMOS管漏极相接，栅极与第四PMOS管栅极相接，同时与第三PMOS管漏极相接；第四PMOS管源极与第二PMOS管漏极相接，栅极与第三PMOS管栅极相接，漏极与第六PMOS管源极相接；第五PMOS管源极与第三PMOS管漏极相接，栅极与第一运算放大器输出端相接，漏极与第二电阻上端相接；第六PMOS管源极与第四PMOS管漏端相接，栅端与第一NMOS管栅端相接，漏端与第一NMOS管漏端相接；第一带隙基准源输出端与第一运放负输出端相接；第一运放负输入端与带隙基准输出端相接，正输入端与第五PMOS管漏端相接；第二电阻上端与第五PMOS漏端相接，下端与第三电阻上端相接；第三电阻上端与第二电阻下端相接，下端接地；第一NMOS管漏端与第六PMOS管相接，栅端与第一与非门输出端相接，源端接地。

反馈式时钟产生模块用于产生与电源电压及温度无关的精准时钟信号。反馈式时钟产生模块包括：第二电容，第一和第二比较器，第一和第二与非门。

其中，第二电容上端与第六PMOS管漏端相接，下端接地；第一比较器正输入端与第一运放正输入端相接，负输入端与第六PMOS管漏端相接，输出端与第一与非门上输入端相接；第二比较器正输入端与第一比较器负输入端相接，负输入端与第二电阻下端相接，输出端与第二与非门下端相接；第一与非门上输入端与第一比较器输出端相接，下输入端与第二与非门输出端相接，输出端与第二比较器上输入端相接；第二与非门上输入端与第一比较器输出端相接，下输入端与第二比较器输出端相接，输出端与第一与非门下输入端相接。

延迟配置模块用以控制点火信号的延迟时间。延迟配置模块包括：配置输入电路，分频器电路，计数器电路，数字比较器电路，电平转换电路。

其中，配置输入电路中S1,S2位用户输入端，输入A端接分频器Q0端，输入B端接分频器Q5端，输入C端接分频器Q10端，输入D端接分频器Q15端；配置输入电路输出O端接计数器输入CLK端；输入A端接数字比较器A端，输入B端数字比较器B端，输入C端接数字比较器C端；数字比较器输出端D接电平转化器输入端Vin，电平转换器输出端接第七PMOS管和第二NMOS管栅极。

发火电路通过晶体管控制储能电容对电火工品的充放电。发火电路包括：第四电阻，第三电容，第七PMOS管，第二NMOS管，第一点火装置T1。

其中，第四电阻上端接电源电压，负端接第七PMOS管源极；第七PMOS管源极接第四电阻下端，栅极接数字比较器输出端，漏极接第二NMOS管漏极；第二NMOS管漏极接第一点火装置T1，源极接地，栅极接第七PMOS管栅极；第三电容上端接电源电压，下端接地。

请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示：本实施例提供一种延时触发点火电路及其延时触发点火方法。VDD为电源电压，电压值为10V。GND为地电位，T1为待点火的电火工品。

高精度可调延迟的触发点火电路的实现方法，第一至第十二极管，第一电阻构成低电压产生电路。第一电容10V电源电压经过二极管链D1至D10分压，二极管导通压降为0.7V，其中C1用于稳定电压，R1用于限制二极管链的电流，可取100K-200K。低电压产生电路在R1电阻上端产生稳定的3V电压，该3V电压对高精度电流产生模块，反馈式时钟产生模块，延迟配置模块供电。

在高精度电流产生模块中，第一带隙基准源，第一运算放大器，第一至第六PMOS管，第二和第三电阻，第一NMOS管构成了高精度电流产生模块。P1,P2,P3,P4作为共源共栅电流镜抑制供电电压变化对精准电流的影响。带隙基准，OPM1，P5，R2,R3构成了线性稳压器结构用来产生与温度无关的精准电流，其中A点电压在与带隙基准电压相等。电阻R2为正温度系数的扩散电阻，R3为负温度系数的多晶硅电阻。R2与R3构成零温度系数的电阻，该高精度电流产生模块产生的精准电流为1微安。该电流进入反馈式时钟产生模块。

反馈式时钟产生模块包括第二电容，第一和第二比较器，第一和第二与非门。高精度电流对电容C2充电，在C2上产生锯齿波信号。该锯齿波信号与两个门限电平比较，经RS触发器后产生时钟信号。

延迟配置电路包括：配置输入电路，分频器电路，计数器电路，数字比较器电路用户通过在配置输入电路中的多路选择器的输入端选择想要的延迟模式，反馈式时钟产生模块产生的时钟经多路选择器产生合适的时钟信号。该合适的时钟信号驱动计数器计数，当计数器的输出值达到数字比较器的比较阈值时，数字比较器输出从高电平翻转至低电平，产生点火使能信号，该信号经过电平转换电路转化为点火信号驱动发火电路。

发火电路包括第四电阻，第三电容，第七PMOS管，第二NMOS管，第一点火装置T1。数字比较器输出打开P7关闭N2，此时C3开始对电火工品T1放电，使电火工品RL起爆完成点火。R4作为充电限流电阻可取100K-200K，使电源电压对C3的充电电流在安全电流范围内。

图8为本发明高精度可调延迟的触发点火电路在使用温度在-40℃到125℃范围内变化时，输出的延迟信号波形。可以看出本发明高精度可调延迟的触发点火电路，产生的延迟信号随温度变化很小。

本发明的一种延时触发点火方法，基于上述延时触发点火电路，包括以下步骤：

S1、安装上述的一种延时触发点火电路；

S2、在低电压产生电路中，10V电源电压经过二极管链D1至D10分压，C1用于稳定电压，R1用于限制二极管链的电流。低电压产生电路在R1电阻上端产生稳定的3V电压以供后续电路使用；

S3、高精度电流产生模块中，P1,P2,P3,P4作为共源共栅电流镜抑制供电电压变化对精准电流的影响。带隙基准，OPM1，P5，R2,R3用来产生与温度无关的精准电流。该电流进入反馈式时钟产生模块，对电容C2充电，在C2上产生锯齿波信号。该锯齿波信号与两个门限电平比较，经RS触发器后产生时钟信号；

S4、用户在配置输入电路中的多路选择器的输入端选择想要的延迟模式，反馈式时钟产生模块产生的时钟经多路选择器产生合适的时钟信号。该合适的时钟信号驱动计数器计数，当计数器的输出值达到数字比较器的比较阈值时，数字比较器输出从高电平翻转至低电平，产生点火使能信号，该信号经过电平转换电路转化为点火信号。点火信号打开P7关闭N2，此时C3开始对电火工品T1放电，使电火工品RL起爆完成点火。R4作为充电限流电阻，使电源电压对C3的充电电流在安全电流范围内。

综上本发明高精度可调延迟的触发点火电路具有以下有益效果：

1)本发明高精度可调延迟的触发点火电路可在较大温度波动的情况下工作。

2)本发明高精度可调延迟的触发点火电路无需外部晶振。

3)本发明高精度可调延迟的触发点火电路易集成。

4)本发明高精度可调延迟的触发点火电路可配置延迟时间。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。