線性電源和開關(guān)電源區(qū)別、優(yōu)缺點(diǎn)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(hù)電路等。線性電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒有開關(guān)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(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時(shí)，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計(jì)算機(jī)等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。
開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)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(hù)電路。輸入電網(wǎng)濾波器：消除來自電網(wǎng)，如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、電器的開關(guān)、雷擊等產(chǎn)生的干擾，同時(shí)也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。輸入整流濾波器：將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。
逆變器：是開關(guān)電源的關(guān)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(wǎng)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(shí)還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾。控制電路：檢測輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大。調(diào)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(wěn)定。保護(hù)電路：當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時(shí)，保護(hù)電路使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。
原理
線性電源是市電經(jīng)過一個(gè)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(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的低壓直流電。電路中調(diào)整元件工作在線性狀態(tài)。
開關(guān)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(guān)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(wěn)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(diào)整管始終工作在線性放大區(qū)，會(huì)消耗大量的功率，產(chǎn)生較多的熱量，導(dǎo)致效率低下。
開關(guān)電源效率較高，通?？梢赃_(dá)到 80% 甚至更高。這是因?yàn)殚_關(guān)電源在工作時(shí)，開關(guān)管處于完全導(dǎo)通或完全關(guān)斷狀態(tài)，損耗相對較小。而且，開關(guān)電源可以根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)，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(wěn)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(guān)電源體積小、重量輕。由于開關(guān)電源的工作頻率高，可以使用較小的儲(chǔ)能元件和變壓器，因此在同等功率輸出的情況下，開關(guān)電源的體積和重量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線性電源。
線性電源的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：線性電源的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單、輸出紋波小、高頻干擾小。結(jié)構(gòu)簡單給我們帶來的最大好處是維修方便，維修一臺(tái)線性電源的難度往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)電源，線性電源的維修成功率也大大高于開關(guān)電源。紋波是疊加在直流穩(wěn)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(zhì)的重要標(biāo)志。過高紋波的直流電將影響收發(fā)信機(jī)的正常工作。目前高檔線性電源紋波可以達(dá)到0.5mV的水平，一般產(chǎn)品可以做到5mV水平。線性電源沒有工作在高頻狀態(tài)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(diǎn)：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(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時(shí)，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計(jì)算機(jī)等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。
開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：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(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化。
缺點(diǎn)：由于逆變電路中會(huì)產(chǎn)生高頻電壓，對周圍設(shè)備有一定的干擾。需要良好的屏蔽及接地。交流電經(jīng)過整流，可以得到直流電。但是，由于交流電壓及負(fù)載電流的變化，整流后得到的直流電壓通常會(huì)造成20%到40%的電壓變化。為了得到穩(wěn)定的直流電壓，必須采用穩(wěn)壓電路來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。
電壓和電流規(guī)格：MOS管的耐壓值（VDS）應(yīng)大于開關(guān)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(guī)格則需根據(jù)電源的實(shí)際負(fù)載需求來確定，確保在正常工作條件下不會(huì)超過其額定電流。
導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）：低導(dǎo)通電阻可以減少導(dǎo)通損耗，提高電源效率。在設(shè)計(jì)低功耗電源時(shí)，選擇RDS(ON)較低的MOS管可以減小整體電路的溫升，延長設(shè)備壽命。
開關(guān)速度：開關(guān)速度影響開關(guān)損耗和電磁干擾（EMI）。較快的開關(guān)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(guān)速度和EMI之間找到平衡點(diǎn)。
散熱條件：MOS管的溫升必須控制在安全范圍內(nèi)，通常結(jié)溫不應(yīng)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(qū)動(dòng)電阻：合適的驅(qū)動(dòng)電阻可以優(yōu)化MOS管的開關(guān)性能，減少振蕩和誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。驅(qū)動(dòng)電阻的選擇需要根據(jù)實(shí)際的波形進(jìn)行調(diào)試，通常在20-100歐姆之間。
安全工作區(qū)（SOA）曲線：在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參考MOS管的數(shù)據(jù)手冊中的SOA曲線，確保在各種工作條件下都能安全運(yùn)行。特別是在熱插拔應(yīng)用中，SOA曲線尤為重要。
封裝和熱阻抗：不同的封裝形式會(huì)影響MOS管的散熱性能。選擇合適的封裝形式可以優(yōu)化熱設(shè)計(jì)，降低溫度升高。
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