线性电源、相控电源和开关电源对比

电源技术

课程中期作业

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2014.11

线性电源、相控电源与开关电源对比

一、三种电源原理简述

线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电路进行稳压。如图1所示，线性电源的工作机理是误差放大器抓取反馈信号来控制MOSFET(或者三极管) Q1的门极信号来管控Q1的阻抗，通过Q1与R1,R2的分压来实现需要的V out。Q1此时工作在线性状态，可以看成一个可调电阻，所以这种电源叫线性电源。

图1 线性电源工作原理图

相控电源（Phase controlled power supply）是指采用晶闸管作为整流器件的电源系统，其原理是交流输入电压经工频变压器降压，然后采用晶闸管进行整流。并通过移相控制以保持输出电压的稳定。

开关电源（Switching power supply）是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。简单地说,开关电源的工作原理是交流电源输入经整流滤波成直流，再通过高频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，开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载，最后输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比稳定输出。如图2所示，开关电源的工作机理是误差放大器抓取反馈信号来控制MOSFET(或者三极管)Q1的门极信号来管控Q1的开关，通过Q1的开关以及Lo,Co的储能一起事先设定的V o。Q1此时工作在开关状态，可以看成一个开关，所以这种电源叫开关电源。

图2 开关电源工作原理图

二、三种电源对比

线性电源功率器件工作在线性状态，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，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，所需的滤波电容的体积和重量也相当大。线性电源属于连续模拟控制，内部结构相对简单，芯片面积也较小，成本较低，纹波也很小。但是线性电源只能降压。线性没有高频干扰，比开关电源可靠性高。此外，线性电源稳定性高，线路简单。

相控电源采用硅堆调压，响应速度慢，输入电压突变时在输出端会产生冲击，容易烧坏二次设备，高频开关电源响应速度快，输入电压突变时，过冲小；相控电源输出误差较大，高频开关电源采用无级调压方式，输出电压稳定，输出精度高；相控充电装置发生故障时，必须将整台充电装置退出运行，然后进行维护和检修，降低了系统的可靠性，高频开关电源由于采用模块化结构，使系统的可靠性得到大大提高，并为系统扩容提供了极大方便。当运行的电源系统中某一模块出现故障时，该模块自动退出，其它模块继续均衡工作。当用户需要扩展电源系统容量时，只需增加模块即可以实现。相控电源一般用在要求不高,电流特大的场合，相控电源智能化程度较低。

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），开关电源省掉了大体积的变压器，体积小、重量轻、模块化、静态损耗小。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波，在输出端并接稳压二极管可以改善，另外由于开关管工作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。开关电源的输出电压范围宽，但输出的纹波和开关噪声较大。由于开关电源的逆变电路中会产生高频电压，对周围设备有一定的干扰，需要良好的屏蔽及接地。开关电源可以降压，也可以升压。开关电源电路复杂，维修困难，对电路的污染严重。

三、三种电源应用领域

线性电源可用于研究单位、实验室、工业生产线、大专院校、电解、电镀、充电设备、高档音响、安防监控系统等场合。其效率低下，体积较大不适合大多数工业应用。

相控电源主要用于电镀加工和对金属及非金属制品进行表面处理、阳极氧化、石墨炉加热的直流电源、电解食盐、电解镁等电解行业和电泳漆及其它需要直流大功率电源的场合。

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，通讯设备，视听产品，安防监控，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。开关电源的优势越来越明显，替代线性电源和相控电源是大势所趋。

参考文献

[1]李明娣.直流系统中的高频开关电源与相控电源比较.电源技术应用.2008

[2]开关电源与线性电源的区别.测量测试技术第9期.2008

[3]线性电源、相控电源和开关电源.百度百科

[4]相控电源、线性电源和开关电源三者区别.百度文库

[5]杨法.开关电源PK线性电源.现代通信.2010

[6]刘晨曦.赵莉华.白三中.融合开关电源和线性电源特性的DC/DC变换器.电力电子技术.2009