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浅谈开关电源和线性电源的区别

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-03-18 12:54:00

开关电源和线性电源的优点缺点对比及区别,都是直流电源按要求不同使用不同 ,线性直流电源最好 他输出的是线性直流电,可以用在要求高的场合,开关直流电源次之,他是由很高的开关速度的变压器和开关管,特点是重量小,容量大,输出质量高,相控电原用在要求不高,电流特大的场合线性电源,开关电源区别线性电源的调整管工作在放大状态,因而发热量大,效率低(35%左右),需要加体积庞大的散热片,而且还需要同样也是大体积的工频变压器,当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。


开关电源的调整管工作在饱和和截至状态,因而发热量小,效率高(75%以上)而且省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波(50mV at 5V output typical),在输出端并接稳压二极管可以改善,另外由于开关管工作是会产生很大的尖峰脉冲干扰,也需要在电路中串连磁珠加以改善。相对而言线性电源就没有以上缺陷,它的纹波可以做的很小(5mV以下)。


对于电源效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳,对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方(例如电容漏电检测)多选用线性电源。另外当电路中需要作隔离的时候现在多数用DC-DC来做对隔离部分供电(DC-DC从其工作原理上来说就是开关电源)。还有,开关电源中用到的高频变压器可能绕制起来比较麻烦。


开关电源和线性电源在内部结构上是完全不一样的,开关电源顾名思义有开关动作,它利用变占空比或变频的方法实现不同的电压,实现较为复杂,最大的优点是高效率,一般在90%以上,缺点是文波和开关噪声较大,适用于对文波和噪声要求不高的场合;而线性电源没有开关动作,属于连续模拟控制,内部结构相对简单,芯片面积也较小,成本较低,优点是成本低,文波噪声小,最大的缺点是效率低。它们各有有缺点在应用上互补共存!

 

一、线性电源的原理:
线性电源主要包括工频变压器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路等。 线性电源是先将交流电经过变压器变压,再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压,要达到高精度的直流电压,必须经过电压反馈调整输出电压,这种电源技术很成熟,可以达到很高的稳定度,波纹也很小,而且没有开关电源具有的干扰与噪音。但是它的缺点是需要庞大而笨重的变压器,所需的滤波电容的体积和重量也相当大,而且电压反馈电路是工作在线性状态,调整管上有一定的电压降,在输出较大工作电流时,致使调整管的功耗太大,转换效率低,还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要,将逐步被开关电源所取代。


二、开关电源的原理:
开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是:


1、输入电网滤波器:消除来自电网,如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰,同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。


2、输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波,为变换器提供直流电压。


3、逆变器:是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压,并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。


4、输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压,同时还防止高频噪声对负载的干扰。


5、控制电路:检测输出直流电压,并将其与基准电压比较,进行放大。调制振荡器的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。


6、保护电路:当开关电源发生过电压、过电流短路时,保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。


开关电源是将交流电先整流成直流电,在将直流逆变成交流电,在整流输出成所需要的直流电压。这样开关电源省去下线性电源中的变压器,以及电压反馈电路。而开关电源中的逆变电路完全是数字调整,同样能达到非常高的调整精度。


开关电源的主要优点:
体积小、重量轻(体积和重量只有线性电源的20~30%)、效率高(一般为60~70%,而线性电源只有30~40%)、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。


开关电源,是通过电子技术实现的,主要环节:整流成直流电——逆变成所需电压的交流电(主要来调整电压)——再经过整流成直流电压输出。开关电源的结构中由于中间没有变压器和散热片,因而体积非常小。同时,开关电源内部都是电子元件,效率高、发热小。虽然,具有电磁干扰等缺点,但现在的屏蔽技术已经非常到位。


开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有。


简单地说,开关电源的工作原理是:
1.交流电源输入经整流滤波成直流;
2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;
3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;
4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.


交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源。


以上说的就是开关电源的大致工作原理。


其实现在已经有了集成度非常高的专用芯片,可以使外围电路非常简单,甚至做到免调试。


开关电源&线性电源
开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的Mos管轮流导通,首先电流通过上桥Mos管流入,利用线圈的存储功能,将电能集聚在线圈中,最后关闭上桥Mos管,打开下桥的Mos管,线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥Mos管,再打开上桥让电流进入,就这样重复进行,因为要轮流开关Mos管,所以称为开关电源。


而线性电源就不一样了,由于没有开关介入,使得上水管一直在放水,如果有多的,就会漏出来,这就是我们经常看到的某些线性电源的Mos管发热量很大,用不完的电能,全部转换成了热能。从这个角度来看,线性电源的转换效率就非常低了,而且热量高的时候,元件的寿命势必要下降,影响最终的使用效果 。


开关电源和线性电源的区别主要是他们的工作方式。


线性电源功率器件工作在线性状态,也就是说他一用起来功率器件就是一直在工作,所以也就导致他的工作效率低,一般在50%~60%,还得说他是很好的线性电源。线性电源的工作方式,使他从高压变低压必须有将压装置,一般的都是变压器,也有别的像KX电源,再经过整流输出直流电压。这样一来他的体积也就很大,笨重,效率低、发热量也大。他也有他的优点:纹波小,调整率好,对外干扰小。适合用与模拟电路,各类放大器等。


开关电源他的功率器件工作在开关状态,(一开一关,一开一关,频率非常快,一般的平板开关电源频率在100~200KHz,模块电源在300~500KHZ).这样他的损耗就小,效率也就高,对变压器也有了要求,要用高磁导率的材料来做.有点墨迹了,他的变压器就是一个字小.效率80%~90%吧.据说美国最好的VICOR模块高达99%.开关电源的效率高体积小,但是和线性电源比他的纹波,电压电流调整率就有折扣了 。