電源時間：您的下一個電子項目是否需要線性穩(wěn)壓或開關(guān)電源？
日常電子設(shè)備，特別是那些帶有集成電路的設(shè)備，需要一個可靠的直流電壓源，可以始終供電而不會出現(xiàn)任何打嗝。在這篇博客中，我們將介紹兩種電源設(shè)計拓撲結(jié)構(gòu)，供您在下一個項目中考慮，即線性穩(wěn)壓和開關(guān)電源。您選擇的電源最終取決于您對效率、空間、輸出調(diào)節(jié)、瞬態(tài)響應(yīng)時間和成本的要求。
線性穩(wěn)壓電源
直到20世紀70年代，線性穩(wěn)壓器一直是將交流電（AC）轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備穩(wěn)定直流電（DC）的首選電源。雖然這種電源類型在今天并不普遍使用，但它仍然是需要最小噪聲和紋波的應(yīng)用的最佳選擇。
它們可能體積龐大，但是無噪聲的 它們是如何工作的
允許線性穩(wěn)壓器發(fā)揮作用的主要部件是鋼或鐵變壓器。此轉(zhuǎn)換器提供兩個功能：
- 它充當屏障，將高壓交流輸入與低壓直流輸入分開，從而過濾掉進入輸出電壓的任何噪聲。
- 它將交流輸入從115V/230V降至約30V，然后可轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。
交流電壓首先由變壓器降低，然后由幾個二極管整流。然后通過一對大型電解電容器將其平滑成低直流電壓。然后，使用晶體管或集成電路將這種低直流電壓調(diào)節(jié)為穩(wěn)定的輸出電壓。
這是一個帶有線性穩(wěn)壓器的電源 線性電源中的穩(wěn)壓器充當可變電阻器。這允許輸出電阻值發(fā)生變化，以匹配輸出功率要求。由于穩(wěn)壓器不斷抵抗電流以保持電壓，因此它也充當功率耗散裝置。這意味著有用的功率不斷以熱量的形式損失，以保持電壓電平恒定。
變壓器已經(jīng)是印刷電路板（PCB）上的一個大型組件。由于恒定的功率和散熱，線性穩(wěn)壓器電源將需要散熱器。與開關(guān)電源的小尺寸相比，僅這兩個組件就增加了非常笨重和笨重的設(shè)備。
首選應(yīng)用
線性穩(wěn)壓器以其效率低和尺寸大而聞名，但它們確實提供無噪聲輸出電壓。這使得它們非常適合任何需要高頻和低噪聲的器件，例如：
- 控制電路
- 低噪聲放大器
- 信號處理器
- 自動化和實驗室測試設(shè)備
- 數(shù)據(jù)采集傳感器和電路
優(yōu)點和缺點
可能體積龐大且效率低下，但其低噪聲非常適合噪聲敏感型應(yīng)用。此拓撲需要考慮的一些優(yōu)點和缺點包括：
優(yōu)勢
簡單的應(yīng)用程序。線性穩(wěn)壓器可以作為整個封裝實現(xiàn)，并添加到一個電路中，只需兩個額外的濾波電容。這使得任何技能水平的工程師都可以輕松地從頭開始規(guī)劃和設(shè)計。
低成本。如果您的設(shè)備需要的功率輸出小于10W，則與開關(guān)電源相比，組件和制造成本要低得多。
低噪聲/紋波。線性穩(wěn)壓器具有非常低的輸出電壓紋波和高帶寬。這使得它們成為任何噪聲敏感型應(yīng)用的理想選擇，包括通信和無線電設(shè)備。
劣勢
靈活性有限。線性穩(wěn)壓器只能用于降壓電壓。對于AC-DC電源，需要在線性電源之前放置具有整流和濾波功能的變壓器，這將增加總體成本和工作量。
有限的輸出。線性穩(wěn)壓電源僅提供一個輸出電壓。如果您需要更多，則需要為每個所需的輸出添加一個單獨的線性穩(wěn)壓器。
效率差。由于散熱，平均線性穩(wěn)壓器件的效率在30%-60%之間。它還需要添加散熱器，這增加了設(shè)備的尺寸和重量。
在當今節(jié)能設(shè)備的時代，線性穩(wěn)壓電源的不良效率等級可能是一個交易殺手。對于24V輸出，一個普通的電源將以約 60% 的效率工作。當您考慮100W輸入時，您看到的是40W的功率損失。
在考慮使用之前，我們強烈建議您考慮從輸入到輸出的功率損耗。您可以使用以下公式快速估算效率：
開關(guān)模式電源
開關(guān)電源于20世紀70年代推出，并迅速成為向電子設(shè)備提供直流電源的最流行方式。是什么讓它們?nèi)绱藗ゴ螅颗c線性穩(wěn)壓器相比，其高效率和高性能尤為突出。
您的典型交流適配器包括一個開關(guān)模式電源 它們是如何工作的
開關(guān)模式電源通過脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)節(jié)輸出電壓。該過程會產(chǎn)生高頻噪聲，但它在小尺寸內(nèi)提供了高效率額定值。當插入交流電源時，115V或230VAC首先由一組二極管和電容器進行整流和平滑，從而提供高壓直流電。然后使用一個小型鐵氧體變壓器和一組晶體管降低該高直流電壓。降壓過程仍保持200kHz至500kHz之間的高開關(guān)頻率。
低直流電壓最終通過另一組二極管、電容器和電感器轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流輸出。保持輸出電壓一致所需的任何調(diào)節(jié)都通過調(diào)整高頻波形的脈沖寬度來處理。該調(diào)節(jié)過程通過反饋電路工作，該反饋電路持續(xù)監(jiān)控輸出電壓并根據(jù)需要控制PWM信號的開關(guān)比。
這是一個開關(guān)模式電源，其部件比線性穩(wěn)壓多一噸 首選應(yīng)用
您最常會發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源用于電池壽命和溫度很重要的應(yīng)用，例如：
- 電解、廢物處理或燃料電池應(yīng)用
- 直流電機、槽車、航空和船舶應(yīng)用
- 研發(fā)、制造和測試設(shè)備
- 用于航空和車輛的鋰離子電池的電池充電
- 電鍍、陽極氧化和電鑄工藝
優(yōu)點和缺點
開關(guān)電源可能比線性穩(wěn)壓器具有更高的效率，但其噪聲使其成為無線電和通信應(yīng)用的不良選擇。此拓撲需要考慮的一些優(yōu)點和缺點包括：
優(yōu)勢
外形小巧。SMPS中的降壓變壓器以高頻率工作，從而減小了其體積和重量。這使得開關(guān)電源的外形尺寸比線性穩(wěn)壓器小得多。
高效率。開關(guān)電源中的電壓調(diào)節(jié)在不耗散過多熱量的情況下進行。SMPS效率可高達85%-90%。
靈活的應(yīng)用。可以在開關(guān)電源中增加額外的繞組，以提供多個輸出電壓。變壓器隔離的SMPS還可以提供與輸入電壓無關(guān)的輸出電壓。
劣勢
復(fù)雜的設(shè)計。與線性穩(wěn)壓器相比，規(guī)劃和設(shè)計開關(guān)電源通常由電源專家負責。如果您打算在沒有仔細研究或經(jīng)驗的情況下設(shè)計自己的電源，這不是最好的選擇電源。
高頻噪聲。MOSFET在開關(guān)電源內(nèi)的開關(guān)操作在輸出電壓中提供高頻噪聲。這通常需要在噪聲敏感型器件中使用RF屏蔽和EMI濾波器。
成本更高。對于10W或更低的功率輸出，使用線性的IC更便宜。
開關(guān)電源將繼續(xù)存在，是噪聲不敏感應(yīng)用的首選電源。這包括手機充電器、直流電機等設(shè)備。
線性穩(wěn)壓器與SMPS的比較
現(xiàn)在，我們將看一下并排比較線性和開關(guān)電源之間的最終比較。您需要考慮的一些最重要的要求，包括尺寸/重量、輸入電壓范圍、效率額定值和噪聲水平等因素。
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