电子控制模块的应用领域和发展趋势

电子控制模块细分行业在国内发展历程相对较短，自2006年三峡大坝首次应用电子雷管爆破后，国内企业着手研发和推广电子控制模块，至2018年国家大力推广电子雷管开始，爆破专用电子控制模块市场逐步迎来爆发式增长，并在地质勘探、石油开采、应急管理与处置、新能源汽车安全系统等领域逐步拓展应用。

随着电子雷管全面推广应用，2018年以来，爆破专用电子控制模块市场呈现爆发式增长。预计未来几年我国电子雷管需求量将基本稳定在8-10亿发，相应地，预计未来几年我国爆破专用电子控制模块的年需求量为8-10亿个。按电子控制模块的销售单价为5元/个计算，我国爆破专用电子控制模块的市场空间为40-50亿元。

电子雷管的应用环境复杂恶劣，可能面临高温、低温、高压或复杂地质环境，爆破过程会产生强烈的过载冲击和电磁干扰，对电子控制模块的安全性、可靠性、抗冲击与干扰能力都有较高的要求。

起爆控制器一般与电子控制模块配套使用，主要通过与爆破网络中的每发电子雷管进行通讯，实现对电子雷管的授权管理、信息采集、爆破参数设定、状态检测、故障定位、授时起爆，并在爆破完成后上传爆破数据。

相关技术：数模芯片设计

数模芯片主要设计过程包括数字前端设计、模拟电路设计、仿真验证、FPGA验证、后端设计等。数字前端设计包括子系统方案设计、行为代码级设计、模块级仿真、可测试电路设计、时钟及复位电路设计、IP集成等工作，确保行为级代码符合算法功能要求。模拟电路设计系根据功能性能要求，进行模块划分、行为建模、性能需求折中、电路实现等步骤，然后通过使用仿真软件进行电路仿真和验证，使得芯片上的模拟电路功能在不同电压、温度等组合条件下都能满足设计指标要求。

仿真验证主要包含子系统方案验证、行为级代码验证、模块级仿真、可测试电路验证、时钟及复位电路验证、IP集成协同验证等工作，确保系统整体方案符合设计性能要求。FPGA验证指数字电路行为的直观验证，使用现场可编程门阵列对数字逻辑电路功能和部分性能进行验证。

后端设计是指将前端设计产生的网表进行布局布线和进行物理验证，并最终产生供制造用的GDSII数据的过程。其主要的工作流程有芯片物理结构分析、建立后端设计流程、版图布局布线、模拟版图绘制、版图物理验证。在确保设计各节点审核通过后，项目组将申请Tapeout。

起爆控制器设计

起爆控制器设计系基于自主专用通信协议进行硬件设计与软件设计。硬件设计是指需要综合爆破场景、用户体验、生产工艺等多种因素，进行起爆控制器的外观及内部结构设计。起爆控制器的硬件开发包括硬件原理图设计和PCB版图设计，基于公司自研芯片的通讯协议，开发相应的驱动电路、接口电路、接口保护电路以及信号处理电路。

软件设计包括嵌入式软件设计与APP开发。其中嵌入式软件设计系基于公司自研芯片的通讯协议进行底层软件的开发，包括界面设计、信号处理算法实现、起爆网络检测、故障模式诊断等；APP的开发，主要基于Android系统进行终端APP开发，具体包括通讯协议约定、人机交互界面设计、位置定位、授权操作、数据传输、日志管理等。

新研发的起爆控制器在样机、小批量、工程批等阶段均需进行一系列试验。在样机阶段进行摸底试验，包括功能测试、精度测试、电磁兼容试验、环境适应性试验、防水等级等；在小批量阶段进行可靠性测试，包括压力测试、加严环境适应性试验、通信可靠性试验等；在工程批阶段进行常规测试，包括功能测试、性能测试、环境适应性测试等。

工艺流程图

电子控制模块

起爆控制器

电子控制模块在爆破领域的应用

在爆破领域，电子控制模块是电子雷管的核心组件，与起爆控制器构成电子雷管起爆系统的关键组成部分，实现电子雷管精准起爆。

（1）电子雷管较传统工业雷管具备明显优势

电子雷管又称数码电子雷管、数码雷管或工业数码电子雷管，即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管。传统工业雷管主要为导爆管雷管、工业电雷管，通过内置的化学延期药剂实现延期。

电子雷管采用电子控制模块替代化学延期药剂实现延期，相较传统工业雷管具有更高的安全性、可靠性与爆破效率，具体如下表：

（2）电子控制模块是电子雷管的核心组件

电子控制模块是电子雷管的核心组件，电子雷管通过电子控制模块实现可靠通信、身份识别、状态检测、精准延时、起爆控制等关键功能。同时，电子控制模块能够内置密码和身份码，使得电子雷管起爆系统具有安全管控功能，行业主管部门已建立电子雷管的安全管控机制，能够实现电子雷管在生产、存储、流通和使用各环节的闭环管控，特别是通过密码与授权控制起爆的功能有效杜绝了涉爆危险品的非法使用，有利于提高社会公共安全水平。

典型的电子控制模块主要由芯片、储能元器件、开关元器件、防护元器件及点火元器件组成。电子控制模块获取起爆控制器提供的电源，可执行身份识别、在线检测、授时延时、起爆控制等多种指令。起爆时，芯片接收到指令并通过身份识别后，按照指令进行高精度延期，延期结束后控制电子开关导通，储能元器件的能量通过开关元器件释放至点火元器件上完成电子雷管起爆。典型的电子控制模块的各组成部分及相应功能如下图所示：

电子控制模块在爆破领域的市场发展概况

①民爆行业转型升级的需求推动电子控制模块细分行业发展

传统工业雷管通过内置的化学延期药剂实现延期，安全性、可靠性较差，爆破效率较低。随着芯片与电子元器件行业的快速发展，国外从20世纪80年代初开始研究开发爆破专用电子控制模块，于80年代中期形成了电子雷管产品，但总体处于研发和应用试验阶段。20世纪90年代，凭借安全、精准、高效爆破等优势，嵌入电子控制模块的电子雷管大量替代传统工业雷管，获得了较快发展，下游电子雷管市场逐渐趋于成熟。这一阶段，瑞典诺贝尔公司、南非AEL公司凭借出色的研究能力在竞争中获得了领先地位，同时市场也涌现了多家开发、生产爆破专用电子控制模块和电子雷管的企业。

2006年，三峡大坝围堰拆除采用Orica公司的电子雷管产品，系国内首次采用电子雷管进行爆破。随后，国内企业开始研发电子控制模块，经过十多年的研发、验证和工程应用，技术水平日臻成熟，推动了国内电子控制模块细分市场的逐步发展。

②近年来电子雷管市场迅速发展，拉动电子控制模块市场快速增长

随着技术实力的提升和爆破工程实践验证，国内企业生产的电子控制模块性能逐步提升、制造成本下降，有效降低了电子雷管使用成本，使得电子雷管具备良好的经济性，可广泛用于各类爆破场景，如一般露天爆破、隧道爆破、地下金属矿开采和大型抛掷爆破等。对爆破用户而言，使用电子雷管可以显著提升安全性、可靠性与爆破效果，并使得爆破综合成本明显下降；对监管部门而言，使用电子雷管使得安全管控更加便捷、高效，为电子雷管的广泛推广应用奠定了基础。

近年来，国家颁布了各种政策，大力支持电子雷管的推广应用。工业和信息化部于2018年颁发《关于推进民爆行业高质量发展的意见》，加大对数码电子雷管的推广应用力度；并于2021年11月发布《“十四五”民用爆炸物品行业安全发展规划》，要求除保留少量产能用于出口或其它经许可的特殊用途外，2022年6月底前停止生产、8月底前停止销售除工业数码电子雷管外的其它工业雷管。

在政策的大力支持下，电子雷管市场迎来爆发式增长，相应推动了爆破专用电子控制模块市场的快速增长。2018年以来，电子雷管产量从2018年的0.16亿发增长至2022年的3.44亿发，平均年化复合增长率为115.33%；电子雷管替代率（电子雷管产量/工业雷管总产量）逐年上升，从2018年的1.28%提升至2022年的42.73%。尽管电子雷管替代率提升较快，但距离政策要求的100%替代率仍存在一定差距，爆破专用电子控制模块及电子雷管的市场空间较为广阔。

电子控制模块在爆破领域的应用场景

电子控制模块作为电子雷管的核心组件，主要结合电子雷管的不同应用场景进行设计、开发，下游民爆企业将电子控制模块置入电子雷管中，最终销售并应用于各类矿山开采与大型基础设施建设领域。在经济上行周期，煤、铁、铜等各类矿产品的需求相应增加，加上“双碳”目标下新能源汽车等产业对锂、镍等矿产资源的需求大幅上升，将使得矿产资源开采量有所增加，相应推动电子雷管的市场需求。在经济下行周期，国家将统筹加大交通运输（铁路、公路等）、能源、通信、水利等基础设施建设，也将带动电子雷管等民用爆炸物品行业发展。因此，矿山开采与基础设施建设互为补充，为电子雷管等民用爆炸物品提供了较为稳定的市场需求，相应支撑了电子控制模块与起爆控制器市场的发展。

此外，煤矿许用电子雷管预计将投入市场，成为电子控制模块市场新的增长点。根据《“十四五”民用爆炸物品行业安全发展规划》，要发展高稳定性、可靠性工业数码电子雷管，适应煤矿井下等特殊场所应用的工业数码电子雷管。由于煤矿许用电子雷管应用于存在可燃气和煤尘爆炸危险的矿井爆破作业，对电子控制模块技术准入条件要求较高，需要确保电路具有足够高的安全设计。

电子控制模块在其他领域的应用

为了使电子控制模块满足安全性、可靠性、规模组网、抗强干扰等要求，以发行人为代表的业内企业的技术大多朝着低功耗芯片设计技术、大规模组网技术、精准延时技术、高效通讯技术和抗干扰技术等方向发展。上述产品特征和技术方向与地质勘探、石油开采、应急管理与处置、新能源汽车安全系统等领域具备一定的共通性，可以延展应用于上述领域，具体如下：

（1）电子控制模块在地质勘探领域的应用

地震勘探是地质勘探的重要方法，是指采用人工方法激发弹性波，利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探和解决油气勘探问题最重要、最有效的方法。地震勘探作为钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。

以中石化下属公司委托发行人进行的地震勘探电子雷管起爆组网安全技术改进及配套设施制作项目为例，一方面，目前没有成型的电子雷管能够满足地震勘探精度需求；另一方面，传统的地震勘探用遥测爆炸机连接复杂、操作程序繁多，容易出现起爆网络检测准备时间长，出现故障排查难度大，甚至出现早爆或拒爆等现象，不能直接应用于电子雷管起爆。因此，中石化下属公司委托发行人开展电子雷管芯片技术改进，在满足安全的前提下，实现电子起爆系统（主要由电子雷管和起爆控制器构成）与地勘起爆系统无缝对接，满足地勘系统同步性要求，同时需优化操作流程来满足野外作业的可靠性和便捷化需求。

（2）电子控制模块在石油开采领域的应用

石油射孔是油井钻好后试油前的一道工序，电缆输送式套管射孔是常用的一种射孔方法。它是在套管内用电缆将射孔枪下至油井预定深度，靠射孔弹射开目的层位的套管及水泥环，构成地层至井筒的连通孔道，以便于采油、采气等作业。

石油射孔的特点是油井较深，地下深度一般为5~6km，温度高达150°C~180°C，作业环境复杂，对设备及部件的要求较高。目前石油射孔采用的是高温磁电雷管单发作业，每射孔一次后均需将射孔枪提升到井口进行下次射孔弹装配，射孔效率和可靠性较低，从而导致施工周期长、井控安全风险大。

为了提升射孔效率，一些石油企业研发了由电子雷管模块分级射孔系统和电子雷管起爆系统组成的电缆传输分级选发安全射孔系统。该系统用电子控制模块替代了传统的射孔起爆装置，可以通过起爆系统控制同一网络中的特定雷管起爆，实现低压起爆、提升安全性，起爆距离较长、满足油井深度要求，抗干扰性强、能够在极端环境中保证信号传输质量。电子控制模块在上述领域的应用可以有效减少单井下井次数，提升电缆射孔的作业效率，保证了射孔作业的安全性与分级起爆的可靠性。

（3）电子控制模块在应急管理与处置领域的应用

在应急管理与处置方面，电子控制模块正在拓展应用于雪崩、地震等地质灾害处理与消防灭火，具体如下：中国是一个幅员辽阔、地形地貌多样、地质灾害频发的国家，由于地震和雪崩引起的事故屡见不鲜。以西藏派墨公路多雄拉垭口为例，每年11月至次年6月大雪封山，时有雪崩灾害严重制约着道路通行安全。如何探测雪崩危害发生，甚至人工主动诱发雪崩提前消除潜在灾害等相关技术在国外已进行几十年的研究，国内也着手开展相关研究工作。

高层楼宇灭火一直是消防领域的难题，举高消防车在城市复杂环境下“进不去”、“展不开”、“够不着”，灾情得不到及时有效控制。为此，研发出可以地面发射或无人机装载的灭火弹不失是一种有效解决手段。灭火弹可内置电子控制模块，利用电子控制模块安全、可靠、起爆时间可控、耐冲击等特点实现负载环境作业条件下远距离、精准引爆，从而提升救援效率和灭火效果。

（4）电子控制模块在新能源汽车安全系统领域的应用

2022年，我国新能源汽车销量达688.7万辆，连续8年居全球第一，新能源汽车新车销量达到汽车新车总销量的25.6%。随着新能源汽车销量快速攀升，新能源汽车的电源安全问题愈发受到关注。

目前，新能源汽车大都依赖锂电池作为动力来源，锂电池一旦发生燃烧，正极材料将会在高温之下释放氧气助燃，燃烧加剧，可能引发火灾或爆炸。如何在锂电池短路初期（电流急剧增大）迅速阻断电路回路，从而切断锂电池内部自反应链条阻止燃烧，是预防新能源车电池起火的一种有效手段。传统的断电保护手段为“高压继电器+高压保险丝（熔断器）”的解决方案，当电流在一定的范围内，继电器可正常运行，控制回路的通断；只有在较高的故障电流下，熔断器才开始工作，通过熔断本体来切断回路电流。这种方案在电流超出继电器工作范围但仍未达到保险丝熔断能量时，特别是伴随着高压保险丝老化之后阻抗提高，熔断响应时间变长时，足以损伤继电器等电路元件导致高温起火。

在此背景下，国外一些汽车安全系统企业提出“点火式断电安全保护开关”，断电安全保护开关在接收到外部碰撞信号或是电池管理系统BMS所监测到的故障信号同时，能在千分之一秒时间之内完成断路作业。

电子控制模块细分行业技术水平及特点

电子控制模块细分行业集微电子、电子、通讯、火工品与新材料等多学科技术于一体，目前主要应用于民用爆破领域，可拓展应用于地质勘探、石油开采、应急管理与处置、新能源汽车安全系统等领域。在民用爆破领域，电子控制模块是电子雷管的核心组件，经过多年的研发、验证和工程应用，电子控制模块和电子雷管相关的技术水平逐渐提升，目前，电子控制模块的安全性、可靠性和爆破效率经过了大量工程应用验证，电子雷管也从早期的大型矿山开采的小范围应用，拓展到隧道掘进、高速路基开挖、楼房拆除爆破、金属矿小断面、煤矿爆破、地质勘探等一般爆破场合的大量应用。电子控制模块细分行业的主要特点包括：

①涉及多种技术融合应用，技术要求高

电子控制模块作为电子雷管的核心组件，由于电子雷管的应用环境复杂恶劣，可能面临高温、低温、高压或复杂地质环境，爆破过程会产生强烈的过载冲击和电磁干扰，对电子控制模块的安全性、可靠性、抗冲击与干扰能力都有较高的要求，还要求实际应用达到预期的爆破效果。为了满足下游应用需求，电子控制模块的设计开发环节涉及微电子、电子、通讯、火工品和新材料等多种技术交叉融合，还需融合一定的爆破技术，技术要求高。

②监管部门与下游客户对产品要求高，形成了较高的准入门槛

电子雷管是属于国家严格管控的危爆品，主管部门对其生产、流通、销售、使用进行全生命周期管控，其使用关乎广大人民群众的生命财产安全和社会公共安全。公安部颁布的《工业电子雷管信息管理通则（GA1531-2018）》，要求电子控制模块内置身份信息和密码，以确保能够实现生产、流通和使用等全生命周期管控功能。为了满足监管要求，下游电子雷管生产企业对电子控制模块的安全性和可靠性方面要求极高，从而形成了较高的准入门槛。

③需要大量实际工程应用验证，产品成熟周期长

由于电子雷管是一次性应用的工业产品，行业内公司进行电子控制模块技术研发与产品开发，无法在实验室环境下对其关键性能进行充分验证，只有经过大量实际工程应用和技术累积迭代，电子控制模块的安全性、可靠性和爆破效果才能得到验证，产品成熟周期较长。因此，对于行业的新进入者而言，构成较高的进入门槛，较难打破领先企业的先发优势。

④作为基础性行业的核心组件，影响范围较广

民爆行业是国家基础性行业之一，电子雷管作为民爆器材的一种产品类型，大量应用于煤矿、金属矿等矿山开采，隧道掘进、高速路基开挖、高速路基桩等大型基础设施建设等。电子控制模块作为电子雷管的核心组件，其产品质量和性能会直接影响电子雷管的质量，如其安全性、可靠性、爆破效率出现问题，不仅会导致大型项目的停工停产，还可能会涉危涉爆甚至造成安全风险。

电子控制模块细分行业发展态势

①下游市场驱动电子控制模块细分行业快速发展

目前，电子雷管正在快速替换传统工业雷管，电子雷管的产量快速增长、应用场景增加。相应地，下游客户将对电子控制模块企业提出更高的要求，包括更大规模的产品交付能力、更为安全可靠的产品性能、能够适用特殊爆破场景、更高的性价比等，包括发行人在内的行业内企业需持续进行研发，以提供适用更多场景、更高性能指标的产品，同时通过规模效应、技术创新、增加产品系列等方式进一步提高产品性价比。

②应用场景增加，下游应用领域拓展

在煤矿许用电子雷管及起爆控制器的安全技术要求（试行）推出后，下游部分民爆企业取得煤矿许用数码电子雷管安全标志证书，发行人等行业内企业也相继推出煤矿许用电子控制模块产品，电子控制模块应用场景拓展至煤矿爆破。以发行人为代表的行业内企业正在进行研发，将核心技术延展应用于地质勘探、石油开采、应急管理与处置、新能源汽车安全系统等领域，预计未来电子控制模块的下游应用领域将增加。

③标准体系逐步完善，引导行业规范有序发展

2021年10月，工业和信息化部发布《工业数码电子雷管标准体系建设方案》（试行），提出基于对电子雷管高质量发展因素的分析，构建电子雷管标准体系。之后，推出煤矿许用电子雷管及起爆控制器的安全技术要求，明确相关产品的安全技术要求，有利于电子控制模块细分行业及下游民爆行业规范有序发展。

产业链关系

电子控制模块的上游包括芯片设计、晶圆制造、封装测试等集成电路产业链的企业，储能元件、点火元件、PCB板、MOS管等电子元器件生产或销售企业，以及贴片组装加工企业等。电子控制模块生产企业自主设计芯片和电子控制模块产品后，委托晶圆制造企业、封装测试企业加工成芯片；然后结合应用需求从电子元器件企业采购储能元件、点火元件、PCB板、MOS管等电子元器件；之后委托贴片组装加工企业进行加工，形成电子控制模块产品。

在民用爆破领域，电子控制模块是电子雷管的核心组件，电子控制模块生产企业的直接下游为电子雷管生产企业，即民爆企业，民爆企业将电子控制模块置入电子雷管中，最终销售并应用于矿山开采与大型基础设施建设等具有爆破需求的领域。电子控制模块生产企业根据行业发展趋势、下游民爆企业需求及终端应用需求以及应用场景特点，进行电子控制模块的数模混合芯片开发、产品结构设计，结合应用需求选择合适的储能元件、点火元件等并进行定制化改进，在生产环节与委托加工供应商沟通技术要求、工艺等，以保证电子控制模块的安全性、可靠性与爆破效率，从而确保产品性能符合下游需求。

在其他领域，电子控制模块应用于地质勘探电子雷管、选发安全射孔系统、应急管理与处置系统、新能源汽车安全系统，并分别应用于地质勘探、石油开采、应急管理与处置、新能源汽车等终端领域。

目前行业储能元件主要采购国外品牌AVX、基美（Kemet）。AVX主要生产无源电子元器件等IC相关元件，主要产品覆盖电容器、钽电容，滤波器、电阻器、电感器等元件；基美是一家电子元件制造商，主要产品包括钽质电容、陶瓷电容、薄膜电解质等。

点火元件主要采购国外品牌威世（Vishay），威世是一家分立半导体和无源元件的全球领先的制造商和供应商，主要产品包括MOSFET、二极管和光电元件等半导体，电阻产品、电容器和电感器等无源元件。

销售价格变动情况

审核编辑：汤梓红