1、現代電力電子技術論文題目：淺論開關電源與線性電源的區別和應用學生姓名: 學號:專業班級: 指導教師:楊惠2110230110電氣研11王鳴2011 年 11月25日淺論開關電源與線性電源的區別和應用在現代信息系統屮，電源是電路設計屮的重要部分，電源的穩定性在很大程 度上決定了電路的穩定性。可以毫不客氣的說，一個電路的質量在很大程度上取 決于其電源的質量。根據電源電路的工作原理，電源電路主要町分為兩類：線性電源和開關電源。 本文簡單介紹線性電源和開關電源電路的工作原理和優缺點并從原理、工作方 式、內部結構、調整管工作狀態等方面比較兩種電源的異同點，以及各自應用的 場合。隨著集成電路集成度的不斷提

2、高，微型計算機的體積隨之不斷減小，電子產 品的耗能問題將愈來愈突岀，未來生產、工作、通信、科研領域等對電源的技術 將提出越來越高的要求。開關電源技術近i年來得到了突飛猛進的發展。以開關 電源技術為核心的通信用開關電源得到了廣泛應用。高頻化、數字化、小型化、 高功率密度等是開關電源技術的發展趨勢。關鍵詞：線性電源；開關電源；區別；應用；發展趨勢brief discussion on the distinction and application of switchingpower supply and linear power supplyabstractin modern informatio

3、n system,power is an important part of the circuit design and largely determines the stability of the circuit.so to speak,the quality of an electrical circuit mostly depends on the quality of its powe匚according to the working principle of the power supply circuit,it mainly was divided into two types

4、: linear and switching power supply. this paper brieflydescribes the linear power supply and switching power supply circuit from the angle of working principle and the advantages and drawbacks-by comparing the two power supplies from the aspects of principles of work, internal structure, pass transi

5、stors working conditions and so on. here list the similarities and differences , and the occasion of their application.with the continuous improvement of circuits integration and the size of microcomputers gradually become smaller,the issue of energy consumption of electronic products were brought i

6、nto public focus. in the future,production, working, communication, researching and other areas of the power of technology to make increasingly the higher the demand to technology of powe匚the technology of switching power supply has greatly developed over the past decade. the switching powersupply w

7、hich takes the technology of switching power supply as the core is widely used. high-frequency, digitalization, miniaturization and highpower density are the development trends of switching power supply technology.key words:linear power supply;switching power supply;distinction ; application; develo

8、pment trends隨著信息技術的高速發展，信息設備與人的工作、生活的關系日益密切，信 息設備都離不開穩定可靠的電源。電源性能優劣直接關系到電子設備的技術指標 及能否安全可靠地工作。電子線路由真空管電路發展到晶體管電路再到小規模集 成屯路、直至今天的大規模超大規模集成電路，供電方式也冇了很多改變。一、電源發展歷程在真空管統治電子線路的時代，大多數的電子線路并不需要供電電源的十分 穩定，最初的電源不需要既不需要穩壓也不需要嚴格濾波。由于真空管構成的電子線路通常有電源變壓器，所以可以通過不同的繞組方 便得到所需要的多種不同電壓。電子線路需要多路電源供電而那時電池組體積很 大以至整個電路耗能巨大

9、。品體管問世后，因其具冇功耗低、體積小、價格相對便宜、連接方式靈活等 特點，應用領域越來越多，晶體管電路對電源的要求也越來越高，出現了獨立存 在的晶體管穩壓電源。同吋在很多晶體管電路屮也設置了穩壓電源。這些穩壓電 源通常是線性穩壓電源。時至今仃在很多地方，線形穩壓電源還在應用。在需要 止負對稱電源和需要的電源電壓不同時，線性穩壓電源就顯得無能為力。隨著集 成電路集成度的不斷捉高，微型計算機的體積隨z不斷減小，這時線性穩壓電源 已不再適應，開關型穩壓電源使微型計算機的微型化成為可能，時至今日所有的 微機，筆記木電腦的電源適配器都是開關電源的電路結構。進入80年代計算機電源全面實現了開關電源化，率

10、先完成計算機的電源換 代，進入90年代開關電源相繼進入各種電了、電器設備領域，程控交換機、通訊、 電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關 電源技術的迅速發展。二、線性電源與開關電源簡介根據電源電路的工作原理，電源屯路主要口 j分為兩類：線性電源和開關電源。 不論是線性電源還是開關電源，最終都是生成直流電的。而且在直流轉直流的電 源屮，幾乎全部使用開關電源。如果你看到電壓轉換芯片，那么不用懷疑，其原 理肯定是開關電源，因為線性電源做不到那么小。線性穩壓電源是比較早使用的一類直流穩壓電源。線性電源主冋路的工作過 程是輸入電源先經預穩壓電路進行初步交流穩壓后，通過主工

11、作變壓器隔離整流 變換成直流電源，再經過控制電路和單片微處理控制器的智能控制下對線性調整 元件進行精細調節，使z輸出高精度的直流電壓源。線性穩壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應速度快，輸出紋 波較小；工作產生的噪聲低；效率較低（現在經常看的ldo就是為了解決效率問 題而出現的）；發熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統壇加熱噪聲。線性電源工作原理：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

12、高的穩定度，波紋也很小，而且沒冇開關電源具冇的 干擾與噪咅。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，調整管上冇一定的電壓 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。線性電源的優缺點：線性電源的輸出非常穩定，紋波極小，這是優點。缺點是工頻變壓器和大電 容體積巨大，不能集成，且調整管工作在放大狀態，耗能和發熱巨大，導致電源 效率不高且整體燙手。此外，調整管發熱大，需要大的散熱片，也是一大缺點。開關電源就是用通過電路控制開關管進行高

13、速的道通與截止，將直流電轉化 為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產生所需要的一組或多組電壓。 轉化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路屮的效率要比50hz高很 多。所以開關變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱并且成本很低。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 需屯壓的交流電（主要來調整屯壓）再經過整流成直流電壓輸出。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，電源內部都是電了元件， 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。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p

14、wm（脈沖寬度調制）信號控制開關管，將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 穩定輸出的口的。交流電源輸入吋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；一般述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。開關電源的優缺點：開關電源的優點是元器件小，易于集成，且晶體管工作在開關

15、狀態，發熱 小，因此電源整體效率高。缺點是開關管和后面的半波整流管、穩壓管都會產生 噪聲，因此輸出的信號質量較低，紋波較大。三、線性電源與開關電源的區別（一）工作原理：開關電源是上橋和下橋的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，打開卜橋 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管發熱量很人，用不完的 電能

16、，全部轉換成了熱能。從這點來看，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。（二）工作方式：線性電源功率器件工作在線性狀態，其功率器件一直工作，導致工作效率低, 約在50%60%o線性電源的工作時，在高壓變低壓過程中必須有降壓裝置，一 般的都是變壓器。這樣使得其體積很大，笨重，效率低、發熱量高。而線性電源 的優點是紋波小，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100200khz,模塊電源在300500khz）。這樣 他的損耗就小，效率也就

17、高，對變壓器也冇了要求，如果采用高磁導率的材料來 做變壓器很小但效率可達80%90%。開關電源的效率高體積小，但是和線性 電源相比他的紋波較大。（三）內部結構：開關電源顧名思義冇開關動作，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；而線性電源沒冇開關動作， 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 木低，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。（四）調整管工作狀態：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

18、）， 需要加體積龐大的散熱片，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）而且省掉了人體積的變壓器。但開關電源輸出的直流上面會疊加較大的紋 波（5（）mv 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，也需要在電路屮串連磁珠加以改善。 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 源純凈性冇要求的地方多選用線性電源。另外當

19、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）。述冇，開關電源屮用到的高頻變壓器可能繞制起來比較麻煩。表1線性電源與開關電源性能的比較項日線性電源開關電源功率低(30%60%)高（70%85%）尺寸大型（變壓器和散熱器空間）小型（為線性穩壓電源的1/41/10）巫量重（變壓器和散熱器的重量）輕（為線性穩壓電源的1/41/10）電路簡單（變壓、整流和穩壓電路）復雜（幣流、開關脈沖調制、變壓 和整流電路）穩處度高(0.001%0.1 %)一般（03%）紋波（p、q值）小(0.1 l()mv)大(10200mv)過渡過程響應速度快(50u

20、s1ms)慢(500us10ms)對應的輸入電壓輸入電壓范圍寬時效率低直流輸 入電壓不能調節輸入電壓范圍寬也能與直流輸入電 壓對應（100v/200v）成本低一般（性能/價格比迅速降低）可靠性元器件少，可靠性高，溫升較低溫升較低、可能與線性電壓一樣不需要的輻射無有（可用濾波與屏蔽防止輻射）用途高精度電源、高速可編程電源、10w以下電源、試驗用可調電源機內所用電源，直流輸入設備的電 源、小型高效率的電源實裝難易程度rtr丁變壓器較重，不能實裝在電 路板上由于采用小型輕量元器件，兒百瓦 以下的電源可以實裝在印刷電路板 上1）每瓦的成本隨功率與電路數量不同大幅度地改變 注：（）內容為一般的情況上表1

21、示岀了開關電源與線性電源性能的比較。開關電源的優點不僅是小型 輕量，而且容易對應較寬的輸入電壓范圍，通過改變變壓器的抽頭與電路元器件 常數來設計。四、線性電源與開關電源的應用及發展趨勢全球對能源問題越來越重視，電了產品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低 其待機功耗，提高供電效率成為一個急待解決的問題。傳統的線性穩壓電源雖然 電路結構簡單、工作可靠，但它存在著效率低（只有40%500a）、體積大、銅鐵 消耗量大，工作溫度高及調整范圍小等缺點。為了提高效率，人們研制出了開關 式穩壓電源，它的效率可達85%以上，穩壓范圍寬；除此之外，還具冇穩壓精度 高的特點，是一種較理想的穩壓電源。止因為如此，開關式穩壓電源已廣泛應用 于各種電子設備屮。加z,開關電源和線性電源二者線圈的成本都隨著輸出功率 的增加而增氏，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而 高于開關電源，這一點稱為成木反轉點。隨著信息技術的發展和創新，使得開關 屯源技術也在不斷地創新，開關電源成本反轉點口益向低輸出電力端移動，這為 開關電源提供了廣闊的發展空間。通過上述比較及論述可以看出線性電源適合在高檔音響等非常在意輸出紋 波噪聲的環境下使用，其產品可廣泛應用于科研、大專院校、實驗室、工礦企業、 電解、電鍍、充電設備等，但是其效率低下，體積較大不適合大多數工業應用。開關電源小型、輕量、高