开关电源(smps)和线性电源(linear power supply)的区别

关键区别–**ps与线性电源

大多数电子和电气设备需要直流电压才能工作。这些设备，特别是集成电路的电子设备，应提供可靠的、无失真的直流电压，以使其工作时不会出现故障或烧毁。直流电源的目的是为这些设备提供干净的直流电压。直流电源分为线性模式和开关模式，它们是将交流电源转换为平滑直流的拓扑结构。线性电源使用变压器将交流电源电压直接降压至所需电平，而开关电源则使用开关器件将交流电压转换为直流电，从而获得所需电压电平的平均值。这是开关电源和线性电源的主要区别。

什么是线性电源(a linear power supply)？

在线性电源中，电网交流电压通过降压变压器直接转换为较低的电压。这台变压器必须处理大功率，因为它工作在交流电源频率50/60Hz。因此，这种变压器体积庞大，供电量大而重。

然后对降压电压进行整流和滤波，以获得输出所需的直流电压。由于该电平的电压会随输入电压的畸变而变化，因此在输出之前进行电压调节。线性电源中的电压调节器是线性调节器，通常是一种半导体器件，起可变电阻器的作用。输出电阻值随输出功率要求而变化，使输出电压恒定。因此，电压调节器作为功率耗散装置工作。大多数时候，它会消散多余的功率，使电压保持恒定。因此，电压调节器应该有大的散热片。因此，线性电源变得更重。此外，由于电压调节器作为热耗散功率，线性电源的效率下降了约60%。

然而，线性电源不会对输出电压产生电噪声。它提供了输出和输入之间的隔离，因为变压器。因此，线性电源用于高频应用，如射频设备、音频应用、实验室测试，这些测试需要无噪声电源、信号处理和放大器。

图01：带线性调压器的电源

什么是开关电源(**ps)？

开关电源（开关电源）在开关晶体管装置上工作。首先，交流输入通过整流器转换为直流电压，而不降低电压，这与线性电源不同。然后直流电压经过高频开关，通常由一个MOSFET晶体管。也就是说，通过MOSFET的电压由MOSFET栅极信号（通常是大约50khz的脉宽调制信号）来打开和关闭（斩波器/逆变器块）。在这个斩波操作之后，波形变成一个脉冲直流信号。之后，使用降压变压器将高频脉冲直流信号的电压降低到所需的水平。最后，使用输出整流器和滤波器来恢复输出直流电压。

图02:SMPS的框图

SMPS中的电压调节通过监控输出电压的反馈电路来完成。如果负载的功率要求较高，输出电压会增大。该增量由调节器反馈电路检测，用于控制PWM信号的开/关比。因此，平均信号电压发生变化。因此，输出电压被控制为保持恒定。

开关电源中使用的降压变压器以高频工作；因此，变压器的体积和重量远小于线性电源的体积和重量。这就成为了开关电源比线性型开关电源更小、更轻的一个主要原因。此外，电压调节是在没有消耗多余的功率作为欧姆损失或热量。开关电源的效率高达85-90%。

同时，由于MOSFET的开关操作，SMPS产生高频噪声。这种噪声可以反映在输出电压上；但是，在一些高级和昂贵的型号中，这种输出噪声在一定程度上得到了缓解。此外，开关也会产生电磁和射频干扰。因此，需要在开关电源中使用射频屏蔽和电磁干扰滤波器。因此，SMPS不适合音频和射频应用。噪声敏感度较低的设备，如移动电话充电器、直流电机、大功率应用等，可与开关电源一起使用。它更轻更小的设计使得它也可以作为便携设备使用。

开关电源(**ps)和线性电源(linear power supply)的区别

SMPS与线性电源
SMPS直接整流电源交流，而不降低电压。然后，将转换后的直流电高频切换到较小的变压器，以将其降低到所需的电压水平。最后，将高频交流信号整流到直流输出电压。	线性电源将电压降低到期望值，首先由一个较大的变压器。然后，对交流进行整流和滤波，使输出直流电压。
电压调节
电压调节是通过控制开关频率来实现的。输出电压由反馈电路监控，电压变化用于频率控制。	整流和滤波的直流电压受分压器的输出电阻的影响，从而产生输出电压。该电阻由一个反馈电路控制，该反馈电路监控输出电压变化。
效率
开关晶体管在截止和饥饿区工作，因此开关管的热产生相对较低。输出变压器的体积小，热损失小。因此，该方法的效率较高（85-90%）。	多余的功率被作为热量消散，使线性电源中的电压恒定。而且，输入变压器体积大，因此变压器损耗较大。因此，线性电源的效率低达60%。
建造
SMPS的变压器尺寸不需要很大，因为它在高频运行。因此，变压器的重量也会更小。因此，SMPS的大小和重量都远低于线性电源。	由于输入变压器的工作频率很低，所以线性电源体积大得多。由于电压调节器中产生的热量更多，也应使用散热器。
噪声和电压畸变
开关电源由于开关产生高频噪声。这会进入输出电压，有时也会输入电源。在开关电源中，电源中的谐波失真也可能发生。	线性电源不会在输出电压中产生噪声。谐波失真远小于开关电源。
应用
由于小型化，SMPS可作为便携式设备使用。但是由于它产生高频噪声，SMPSs不能用于诸如射频和音频应用等噪声敏感应用。	线性电源大得多，不能用于便携式设备。由于它们不会产生噪音，输出电压也很干净，所以它们被用于实验室的大多数电气和电子测试。

总结 - 开关电源(**ps) vs. 线性电源(linear power supply)

开关电源和线性电源是两种正在使用的直流电源。开关电源和线性电源的主要区别在于用于电压调节和降压的拓扑结构。当线性电源在开始时将交流转换为低压，开关电源首先整流和过滤电源交流电，然后在降压之前切换到高频交流电。由于变压器的重量和尺寸随着工作频率的降低而增加，因此线性电源的输入变压器比开关电源更重更大。此外，由于电压调节是通过电阻散热来完成的，所以线性电源应该有散热片，使它们更重。开关电源的调节器通过控制开关频率来控制输出电压。因此，SMPS体积更小，重量更轻。由于开关电源的发热量较低，其效率也较高。