線性電源和開關電源區別、優缺點詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2025-03-20
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，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。
線性電源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。
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。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。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。
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。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。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。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。
原理
線性電源是市電經過一個工頻變壓器降壓成低壓交流電之后，通過整流和濾波形成直流電，最后通過穩壓電路輸出穩定的低壓直流電。電路中調整元件工作在線性狀態。
開關電源是輸入端直接將交流電整流變成直流電，再在高頻震蕩電路的作用下，用開關管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。在電感(高頻變壓器)的幫助下，輸出穩定的低壓直流電。
效率
線性電源效率較低，一般在 50% 左右。線性電源中的調整管始終工作在線性放大區，會消耗大量的功率，產生較多的熱量，導致效率低下。
開關電源效率較高，通常可以達到 80% 甚至更高。這是因為開關電源在工作時，開關管處于完全導通或完全關斷狀態，損耗相對較小。而且，開關電源可以根據負載的變化自動調整工作狀態，以提高效率。
體積和重量
線性電源體積大、重量重。線性電源需要較大的變壓器和濾波電容等元件，以滿足輸出電壓的穩定性要求，這使得線性電源的體積和重量較大，不便于攜帶和安裝。
開關電源體積小、重量輕。由于開關電源的工作頻率高，可以使用較小的儲能元件和變壓器，因此在同等功率輸出的情況下，開關電源的體積和重量要遠遠小于線性電源。
線性電源的優缺點
優點：線性電源的優點是結構相對簡單、輸出紋波小、高頻干擾小。結構簡單給我們帶來的最大好處是維修方便，維修一臺線性電源的難度往往遠遠低于開關電源，線性電源的維修成功率也大大高于開關電源。紋波是疊加在直流穩定量上的交流分量。輸出紋波越小也就是說輸出直流電純凈度越高，這也正是直流電源品質的重要標志。過高紋波的直流電將影響收發信機的正常工作。目前高檔線性電源紋波可以達到0.5mV的水平，一般產品可以做到5mV水平。線性電源沒有工作在高頻狀態下的器件所以如果輸入濾波做得好的話幾乎沒有高頻干擾/高頻噪聲。
缺點：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。
開關電源的優缺點
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。
缺點：由于逆變電路中會產生高頻電壓，對周圍設備有一定的干擾。需要良好的屏蔽及接地。交流電經過整流，可以得到直流電。但是，由于交流電壓及負載電流的變化，整流后得到的直流電壓通常會造成20%到40%的電壓變化。為了得到穩定的直流電壓，必須采用穩壓電路來實現穩壓。
電壓和電流規格：MOS管的耐壓值（VDS）應大于開關電源的最大輸入電壓，通常選擇為輸入電壓的最大值加上一定的余量。電流規格則需根據電源的實際負載需求來確定，確保在正常工作條件下不會超過其額定電流。
導通電阻（RDS(ON)）：低導通電阻可以減少導通損耗，提高電源效率。在設計低功耗電源時，選擇RDS(ON)較低的MOS管可以減小整體電路的溫升，延長設備壽命。
開關速度：開關速度影響開關損耗和電磁干擾（EMI）。較快的開關速度可以提高工作效率，但可能增加EMI問題。因此，需要在開關速度和EMI之間找到平衡點。
散熱條件：MOS管的溫升必須控制在安全范圍內，通常結溫不應超過150°C。對于功率較大的電源，可能需要外加散熱器來幫助散熱。
驅動電阻：合適的驅動電阻可以優化MOS管的開關性能，減少振蕩和誤操作的風險。驅動電阻的選擇需要根據實際的波形進行調試，通常在20-100歐姆之間。
安全工作區（SOA）曲線：在設計時，應參考MOS管的數據手冊中的SOA曲線，確保在各種工作條件下都能安全運行。特別是在熱插拔應用中，SOA曲線尤為重要。
封裝和熱阻抗：不同的封裝形式會影響MOS管的散熱性能。選擇合適的封裝形式可以優化熱設計，降低溫度升高。
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