國產穩壓管的技術分析與驗證改進

李洪艷

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471099）

隨著我國在武器裝備[1]，載人航天和空間探測等領域的飛速發展，同美國、俄羅斯之間的差距正在不斷縮小，但同時美國和歐洲在軍用電子方面也迅速擴大禁運品種和禁運范圍，這對我國宇航產品和武器型號的生產都造成了重大影響，進口元器件國產化替代已經成為當前的一種必然趨勢。

由于進口穩壓管CA3085A斷檔缺件，無法采購，為了滿足生產的需求，需要啟動斷檔器材的替代工作。而且穩壓管的缺件，影響紅外產品生產任務的交付，形勢緊迫，國產化替代迫在眉睫。

1 穩壓管電路原理分析

穩壓管主要用在紅外產品的電源板上，電路原理[2]為：26 V電源經集成穩壓管CA3085A和調整三極管3Q1變壓后輸出23 V電源，23 V電源再經另一只集成穩壓管CA3085A和調整管3Q2變壓后輸出11.5 V電源，即形成產品需要的23 V、11.5 V。

集成穩壓管CA3085A內電路由啟動電路、參考電壓源、誤差電路、保護電路、調整電路構成[3-5]。CA3085A正常工作時其功能相當于一個參考電壓源，第5、6腳輸出參考電壓1.6 V，同時由調整三極管發射極提供電流，通過R7、R8或R9、R10的串聯分壓作用，使調整管集電極輸出23 V或11.5 V電壓。圖1中 C3、C4、C5、C6為輸入、輸出濾波電容。 其中 IC2、Q1、Z12、D14、Z11、R4～R8、C3～C6 組成 23 V穩壓源，輸入為26 V。集成穩壓塊IC2（CA3085A）的最大穩壓輸出電流為120 mA。而23 V電源需輸出500 mA電流，故加Q1（2N3741）管擴流，也作調整管用。

IC2第3腳為不穩壓輸入端，第2腳為電流擴展端，分別接于調整管Q1（2N3741）的發射極和基極。正常時兩腳電壓不超過0.6 V，使Q1工作在線性放大區。輸入電壓的變化將通過IC2第2腳輸出，控制Q1基極電位，使輸出電壓穩定。

圖1 穩壓管CA3085A電路結構圖

R6為23 V調節電阻（通常在250 kΩ左右）以準確調節23 V電壓。

Z12、D14為短路保護，正常工作時，IC2第 7腳小于23 V，Z12、D14不導通，當 23 V 輸出有短路時，Z12、D14導通，IC2第 7腳為 3.4 V，使 IC2第 2腳近似輸入電壓，這樣 Q1管 e、b電壓相等，處于截止狀態，使輸出為0，26 V壓降在Q1管上，保護了電源電路。

IC2第 8腳為限流保護端，R4并 R4與 Z11、R5組成限流保護電路。正常時Z11上電壓小于穩壓值18 V。當輸出電流逐漸增加時，第8腳電壓逐漸增大，Z11上電壓亦漸增。當第8腳增大到超過18 V時，Z11提供分流并穩壓至18 V。若此時輸出電流再增加至超過500 mA，因 IC2第 8腳穩壓至 18 V，將使第 1腳電位增高，從而使IC2第2腳電位增高。則使Q1管b、e電位接近，Q1截止，電路保護。23 V、11.5 V電壓工作原理框圖如圖2所示，穩壓管電路結構圖如圖2所示。

圖1 23 V、11.5 V電壓工作原理圖

2 技術分析

2.1 可行性分析

隨著科學技術的進步[6]，國內元器件制造廠家的技術能力和制造設備也隨之有了優越的進步，制造水平近幾年發展十分迅速，用國產的元器件替代斷檔的進口器件已經成為可能。

本次替代選用的元器件[7]生產廠家均為我院合格供方，在國內同行業中是技術力量雄厚、產品質量可靠的廠家，并每年給我院提供大量其他規格的高質量產品，可以得出：元器件替代是非常可行的。

2.2 替代的風險分析

本次電子元器件替代沒有風險，主要有以下幾個原因。

（1）對電子元器件在電路的工作原理進行了分析；

（2）對國產元器件生產廠家都進行了資質和生產能力的考察，均為合格供應單位；

（3）選用替代的國產元器件均為貨架產品，生產工藝成熟，質量等級滿足要求；

（4）對國產元器件都要進行充分的驗證。

3 替代的原則

3.1 替代的迫切性

集成電路（穩壓管）CA3085A停產多年，近3年尋到的市場庫存資源為99年前產品。另外，因紅外型號產品要求的溫漂檢測[10]項目，產品很難達到要求；99年的進口穩壓管年限太長，已超過了器件使用壽命，穩壓管決定著紅外產品的任務交付，國產化替代工作，勢在必行。

3.2 替代廠家的選擇

替代選用廠家[3]：715廠、970廠、749廠。此 3個廠家均在我院合格供應商名錄中，是長期合作單位，提供的相關替代產品、同系列產品已提供給我院其他型號及航天等單位使用，質量穩定。 同時在2010年 1月、3月，用戶使用代表、型號總師、工程部、物資部等單位分別對國產替代廠家認證情況、質量管理情況、生產能力、銷售管理等進行了現場考察。考察組認為被考察廠家產品質量控制有效，符合合格供應商管理的各項要求。

4 試驗驗證

對749廠首批提供的JW3085A穩壓管進行了電源板常溫試驗和組件高低溫循環替代試驗，23 V試驗編號為：1#、3#，11.5 V 試驗編號為 2#、4#，23 V 試驗數據如表1所示，11.5 V試驗數據如表2所示，從表格中數據可以看出，穩壓管性能參數受通電時間及溫漂影響較大。而且可以看出，穩壓管參數指標在常溫、高低溫不是很穩定。

5 問題處理措施

5.1 廠家方案改進

根據試驗數據情況赴廠家進行探討和溝通，分析問題并確定改進方案，改進方案如下。

（1）電壓拉偏：從穩壓管內部電路結構進行分析，晶體管特性決定著電壓抑制能力。

（2）靜態電流過大：減少內部電路電阻擴散容度，從而使靜態電流減小，使功耗降低。

（3）基準電壓和溫漂過大：降低內部電路齊納二極管負端電壓，從而降低基準和溫漂。

對改進后產品進行了上述相關試驗并進行了對比分析，結果無法滿足產品使用指標要求。

表1 穩壓管JW3085A（23 V）試驗數據

表2 穩壓管JW3085A（11.5 V）試驗數據

5.2 替代過程中的瓶頸

由于749廠提供的穩壓管已滿足不了產品使用要求，紅外產品任務形勢嚴峻，穩壓管的替代不成功和進口穩壓管的斷檔都嚴重制約了紅外產品的順利生產。

5.3 解決措施

由于749廠機構調整，生產線改造，為我院提供的3批JW3085A穩壓管性能指標均不能滿足使用要求。為了保證產品質量，降低替代風險，在替代器件[8]和生產廠家的選擇工作中遵循了以下原則。

（1）選擇在同行業中技術力量雄厚、產品質量可靠的國內元器件生產廠家；

（2）選擇與我院有長期合作且供貨穩定的元器件生產廠家；

（3）盡量選用貨架產品，因為貨架產品工藝比較成熟，生產比較穩定；

（4）盡量選用質量等級高于國外或者與國外同級的產品。

根據以上原則，經軍院雙方協商、考察后，選擇了長期為我院供應優質器件的970廠作為國產替代器件的生產廠家，根據《斷檔器材替代技術分析報告》中對國內外器件總體對比分析可知，國產器件在性能指標、質量等級、封裝情況等方面都與進口器件相當。

6 改進型穩壓管試驗驗證

對970廠提供的穩壓管BJY3085A進行常溫及高低溫度試驗，23 V和 11.5 V試驗數據分別如表 3、表 4所示，穩壓管BJY3085A外觀圖如圖3所示。

表3 穩壓管BJY3085A（23 V）試驗數據

表4 穩壓管 BJY3085A（11.5 V）試驗數據

圖3 穩壓管BJY3085A外觀圖

通過穩壓管BJY3085A試驗得出以下結論。

（1）國產器件BJY3085A在電源板上未與其余元件發生干涉或短路，滿足印制板裝配要求，能夠與進口器件CA3085A在裝配上實現互換；

（2）國產器件BJY3085A在常溫及高低溫溫度循環試驗中，性能測試正常，滿足產品環境使用要求；

（3）國產器件BJY3085A和進口器件 CA3085A在電源板、電子組件性能測試中指標完全一致。

通過以上分析，970廠提供的國產器件BJY3085A能夠滿足性能指標要求，經過長期的試驗論證和考察，國產化穩壓管替代技術問題得以解決，穩壓管替代成功，這為紅外產品的生產提供了強有力的保障，也對其他國產化器件的替代起了借鑒作用[9]。

[1]齊志新，安紅波.國產替代產品的攻關與推介[Z].中國航天電子技術研究院，2011.

[2]唐永寧.用穩壓管組成的橋式比較電路分析[J].工程機械，1980：60-65.

[3]羅泳平.整流管與穩壓管的參數和選擇原則[J].家庭電子，2005（03s）：58.

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[5]田智文.一種帶有保護電路的直流穩壓電源的設計[D].西安：西安電子科技大學，2011.

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[7]王水成.穩壓管的溫度特性與溫度補償[J].家庭電子，1998（3）：56-57.

[8]馮源，樊祥，迮劍舟，等.高速 PCB設計技術及發展趨勢[J].電子對抗，2010（5）：33-37.

[9]洪云翔.一種新型高穩定度恒流穩壓管的研制[J].半導體技術，1991（1）：80-81.