開關直流電源和線性直流電源的區別

     經常有客戶不知道選擇什么樣的電源，總是打電話來公司咨詢：我們的情況應該用開關直流電源呢？還是線性直流電源呢？我們今天就這兩者的區別講一講，希望對大家選購一款適合自己的電源有些幫助。

      開關電源和線性電源的優點缺點對比及區別：它們都是直流電源按要求不同使用不同 ,線性直流電源優點是他輸出的是線性直流電,可以用在要求高的場合,開關直流電源次之,他是由很高的開關速度的變壓器和開關管,特點是重量小,容量大,輸出質量高,相控電原用在要求不高,電流特大的場合線性電源，開關電源區別線性電源的調整管工作在放大狀態，因而發熱量大，效率低(35%左右)，需要體積龐大的散熱片，而且還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當要制作多組電壓輸出時變壓器會更龐大。

       開關電源的調整管工作在飽和和截至狀態，因而發熱量小，效率高(75%以上)而且省掉了大體積的變壓器。但開關電源輸出的直流上面會疊加較大的紋波(50mV at 5V output typical)，在輸出端并接 穩壓二極管可以改善，另外由于開關管工作是會產生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連磁珠加以改善。相對而言線性電源就沒有以上缺陷，它的紋波可以做的很小(5mV以下)。

      對于電源效率和安裝體積有要求的地方用開關電源為佳，對于電磁干擾和電源純凈性有要求的地方(例如電容漏電檢測)多選用線性電源。另外當電路中需要作隔離的時候現在多數用DC-DC來做對隔離部分供電(DC-DC從其工作原理上來說就是開關電源)。還有，開關電源中用到的高頻變壓器可能繞制起來比較麻煩。

      開關電源和線性電源在內部結構上是完全不一樣的，開關電源顧名思義有開關動作，它利用變占空比或變頻的方法實現不同的電壓，實現較為復雜，最大的優點是高效率，一般在90%以上，缺點是文波和開關噪聲較大，適用于對文波和噪聲要求不高的場合;而線性電源沒有開關動作，屬于連續模擬控制，內部結構相對簡單，芯片面積也較小，成本較低，優點是成本低，文波噪聲小，最大的缺點是效率低。它們各有有缺點在應用上互補共存!

一、線性電源的原理：
        線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等。 線性電源是先將交流電經過變壓器變壓，再經過整流電路整流濾波得到未穩定的直流電壓，要達到高精度的直流電壓，必須經過電壓反饋調整輸出電壓，這種電源技術很成熟，可以達到很高的穩定度，波紋也很小，而且沒有開關電源具有的干擾與噪音。但是它的缺點是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態，調整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時，致使調整管的功耗太大，轉換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計算機等設備的需要，將逐步被開關電源所取代。

二、開關電源的原理：
       開關電源主要包括輸入電網濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。它們的功能是：

            1、輸入電網濾波器：消除來自電網，如電動機的啟動、電器的開關、雷擊等產生的干擾，同時也防止開關電源產生的高頻噪聲向電網擴散。

            2、輸入整流濾波器：將電網輸入電壓進行整流濾波，為變換器提供直流電壓。

            3、逆變器：是開關電源的關鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網隔離的作用。

            4、輸出整流濾波器：將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負載的干擾。

            5、控制電路：檢測輸出直流電壓，并將其與基準電壓比較，進行放大。調制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩定。

            6、保護電路：當開關電源發生過電壓、過電流短路時，保護電路使開關電源停止工作以保護負載和電源本身。

      開關電源是將交流電先整流成直流電，在將直流逆變成交流電，在整流輸出成所需要的直流電壓。這樣開關電源省去下線性電源中的變壓器，以及電壓反饋電路。而開關電源中的逆變電路完全是數字調整，同樣能達到非常高的調整精度。

三、開關電源的主要優點：
      體積小、重量輕(體積和重量只有線性電源的20～30%)、效率高(一般為60～70%，而線性電源只有30～40%)、自身抗干擾性強、輸出電壓范圍寬、模塊化。

      開關電源，是通過電子技術實現的，主要環節：整流成直流電——逆變成所需電壓的交流電(主要來調整電壓)——再經過整流成直流電壓輸出。開關電源的結構中由于中間沒有變壓器和散熱片，因而體積非常小。同時，開關電源內部都是電子元件，效率高、發熱小。雖然，具有電磁干擾等缺點，但現在的屏蔽技術已經非常到位。

      開關電源大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有開關變壓器,而非隔離的未必一定有。

     簡單地說,開關電源的工作原理是:
          1.交流電源輸入經整流濾波成直流;
          2.通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管,將那個直流加到開關變壓器初級上;
          3.開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載;
          4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩定輸出的目的.

       交流電源輸入時一般要經過厄流圈一類的東西,過濾掉電網上的干擾,同時也過濾掉電源對電網的干擾;在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高;開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出;一般還應該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,否則可能會燒毀開關電源。

       以上說的就是開關電源的大致工作原理。

      其實現在已經有了集成度非常高的專用芯片,可以使外圍電路非常簡單,甚至做到免調試。

四、開關電源&線性電源
      開關電源的主要工作原理就是上橋和下橋的Mos管輪流導通，首先電流通過上橋Mos管流入，利用線圈的存儲功能，將電能集聚在線圈中，最后關閉上橋Mos管，打開下橋的Mos管，線圈和電容持續給外部供電。然后又關閉下橋Mos管，再打開上橋讓電流進入，就這樣重復進行，因為要輪流開關Mos管，所以稱為開關電源。

      而線性電源就不一樣了，由于沒有開關介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就會漏出來，這就是我們經常看到的某些線性電源的Mos管發熱量很大，用不完的電能，全部轉換成了熱能。從   這個角度來看，線性電源的轉換效率就非常低了，而且熱量高的時候，元件的壽命勢必要下降，影響最終的使用效果 。

      開關電源和線性電源的區別主要是他們的工作方式：

      線性電源功率器件工作在線性狀態，也就是說他一用起來功率器件就是一直在工作，所以也就導致他的工作效率低，一般在50%~60%，還得說他是很好的線性電源。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，也有別的像KX電源，再經過整流輸出直流電壓。這樣一來他的體積也就很大，笨重，效率低、發熱量也大。他也有他的優點：紋波小，調整率好，對外干擾小。適合用與模擬電路，各類放大器等。

     開關電源他的功率器件工作在開關狀態，(一開一關，一開一關，頻率非常快，一般的平板開關電源頻率在100~200KHz，模塊電源在300～500KHZ).這樣他的損耗就小，效率也就高，對變壓器也有了要求，要用高磁導率的材料來做.有點墨跡了，他的變壓器就是一個字小.效率80%～90%吧.據說美國最好的VICOR模塊高達99%.開關電源的效率高體積小，但是和線性電源比他的紋波，電壓電流調整率就有折扣了 。