【探索DigiKey!FUN肆分享】开关电源和线性电源的区别

01、开关电源VS线性电源 AC/DC线性电源工作在线性放大区,发热量大,效率也就低。这主要是跟它的转换原理有关。 AC/DC线性电源经过工频变压器降压,整流管整流,电容滤波,后由三端稳压器进行稳压得到稳定直流电,那么线性电源功耗主要是电阻分压或三极管的Vce耗散功率,功耗P=Iout*(Vin-Vout),效率只有30%~60%,造成能量浪费。如下图所示过程。 开关电源用开关管工作在饱和区或者截止区,它主要是对整流后的直流电斩波成高频脉冲信号,当开关导通时储能,当开关断开时释放能量,只要控制好导通时间(也就是占空比Ton/T)就能控制平均输出电压(对高频脉冲取均值),如Buck电路,Vout=D*Vin,若D=0.5,则24V输入,降压为12V。 类比于高速水龙头控制水流一样,全开(导通)时注水,关闭(关断)时停水,只要控制开/关时间,就能精准把控出水量(电压/电流)。 由于开关管只有两种导通和截止状态,发热量主要是导通损耗&开关损耗,以及变压器铜损铁损,相比于线性电源的损耗要低,效率可以达到85~90%。 开关电源虽然省去了大个的工频变压器的体积,但是带来了开关管产生的高频开关脉冲干扰,对EMI的问题是一个挑战。而且相对于开关电源来说,没有开关管的高频开关,线性电源的纹波噪声更小。 开关电源可以实现降压,升压,升降压,而线性电源只能实现降压。 由于开关电源有变压器,变压器主要是实现功率变换,储能,还有一个作用就是隔离输入电路和输出电路。 02、总结 线性电源 1.采用调整管工作在线性区的方式,通过控制压差实现,后级三端稳压器实现稳压; 2.没有开关噪声,输入输出通过动态电阻降压的,不存在开关噪声,EMI好; 3.输入与输出不能隔离,没有像开关电源带有的实现隔离作用的变压器; 4.只能用于降压,同时存在损耗,功耗大时温度会逐渐升高,一般用于功耗不大的应用。 功耗=(输入电压-输出电压)*输出电流, 5.线性电源电路更简洁。 开关电源 1.采用开关管开关的方式,损耗一般较低,一般包括开关管开关损耗,导通损耗,以及变压器的铁损(磁芯损耗)、铜损(绕组损耗)等等。 2.存在开关噪声,接地需要良好; 3.输入和输出能实现隔离。 4.可以实现升压,降压,升降压电路。 5.电路相对于线性电源要更复杂。

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特性比较 线性电源 开关电源
效率 低,大量能量以热耗掉 高,能量利用率高
发热与散热 高,需散热器 低,热管理相对简单
噪声 较高,需要滤波与EMI抑制
体积/重量 大且沉重 小巧轻便
复杂度 简单 电路复杂度高
适用场景 高精度、低噪声场合,如音频、医用、测试设备 高效率、高功率或需轻量

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开关电源功率大干扰大;线性电源发热大,功率小,输出电压质量比开关电源要高不少