开关电源的胞弟—线性电源

来源：罗姆半导体社区

线性电源相比于开关电源来说，一直有转化率不高的缺点而被诟病。但这项技术既然存在，想必还是有它的用处的。并且相对于开关电源来说，线性电源的技术也比之更为成熟。所谓存在即合理，既然存在的东西那一定就会有它的独到之处。

线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低（现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的）；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低(现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的)；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。且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。

工作原理

线性电源主回路的工作过程是输入电源先经预稳压电路进行初步交流稳压后,通过主工作变压器隔离整流变换成直流电源,再经过控制电路和单片微处理控制器的智能控制下对线性调整元件进行精细调节,使之输出高精度的直流电压源。

电源变压器及整流:将380V的交流电变换成所需的直流电.

预稳压电路:采用继电器元件或可控硅元件对输入的交流或直流电压进行预调整和初步稳压,从 而降低线性调整元件的功耗,提高工作效率.并确保输出电压源高精度和高稳定.

线性调整元件:对滤波后的直流电压进行精细调整,使输入电压达到所需要的值和精度要求.

滤波电路:对直流电源的脉动波,干扰,噪声进行最大限度的阻止,和吸收,从而保证直流电源的输出电压低纹波、低噪声、低干扰.

单片机控制系统:单片微处理控制器对检测到的各种信号进行比较、判断、计算、分析等处理后,再发出相应的控制指令使直流稳压电源整体稳压系统工作正常、可靠、协调.

辅助电源及基准电压源:为直流稳压系统提供高精度的基准电压源及电子电路工作所需要的电源.

电压取样及电压调节:检测直流稳压电源输出电压值及设定调节直流稳压电源的输出电压值.

比较放大电路:将直流稳压电源的输出电压值与基准源的电压进行比较取得误差电压信号后,进行放大反馈及控制线性调整元件而保证输出电压稳定.

电流检测电路:取得直流稳压电源输出电流值,作限流或保护控制的信息.

驱动电路:为驱动可执行元件而设置的功率放大电路.

显示器:直流稳压电源输出电压值及输出电流值的显示. 

线性电源与开关电源对比

线性电源的电压反馈电路是工作在线性(放大)状态，开关电源是指用于电压调整的管子工作在饱和和截止区，即开关状态的。

普通半桥开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的开关管(频率高时开关管为VMOS)轮流导通，首先电流通过上桥开关管流入，利用电感线圈的存储功能，将电能集聚在线圈中，最后关闭上桥开关管，打开下桥的开关管，电感线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥开关管，再打开上桥让电流进入，就这样重复进行，因为要轮流开关两开关管，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调整管发热量很大，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 。

从其主要特点上看：线性电源技术很成熟，制作成本较低，可以达到很高的稳定度，波纹较小，自身的干扰和噪声都比较小，但因为工作在工频(50Hz),变压器的体积比较大,效率偏低(一般满载工作的效率只有80%左右)整体体积较大，显得较笨重.且输入电压范围要求高；而开关电源是工作的高频状态,变压器的体积比较小,相对比较轻便,但是输出纹波较线性电源要大,但因结构简单,成本低,效率高(市面上的开关电源的效率也可达90%以上)在很多场合已经替代了线性电源,是未来电源发展的趋势。

线性电源，可控硅电源，开关电源电路的简单比较

关于电路结构，究竟是线性电源，可控硅电源还是开关电源，要看具体场合，合理采用。这三种电路，国际国内都大量使用，各有各的特点。可控硅电源，以其强大的输出功率，使线性电源和开关电源无法取代。线性电源以其精度高，性能优越而被广泛应用。开关电源因省去了笨重的工频变压器而使体积和重量都有不同程度的减少，减轻，也被广泛地应用在许多输出电压、输出电流较为稳定的场合。

审核编辑 黄昊宇