到目前为止讨论的主题代表电源设备的不同部分。所有这些部分共同构成了线性电源。这是从输入交流电源中获取直流电的常规方法。

线性电源

线性电源(LPS)是稳压电源，它可以在串联电阻中散发大量热量，从而调节具有低纹波和低噪声的输出电压。该LPS具有许多应用。

线性电源需要更大的半导体器件来调节输出电压并产生更多的热量，从而导致较低的能源效率。线性电源的瞬态响应时间比其他电源快100倍，这在某些特定领域非常重要。

LPS的优势

• 电源是连续的。
• 电路很简单。
• 这些是可靠的系统。
• 该系统动态响应负载变化。
• 改变电路电阻以调节输出电压。
• 由于组件工作在线性区域，因此噪声很低。
• 输出电压中的纹波非常低。

LPS的缺点

• 使用的变压器较重且较大。
• 散热更多。
• 线性电源的效率为40％至50％
• 在LPS电路中，功率以热量的形式浪费。
• 获得单个输出电压。

我们已经介绍了线性电源的不同部分。线性电源的框图如下图所示。

尽管存在上述缺点，线性电源仍广泛用于低噪声放大器，测试设备和控制电路中。此外，它们还用于数据采集和信号处理。

所有需要简单调节并且不关心效率的电源系统都使用LPS电路。由于电噪声较低，因此LPS用于为敏感的模拟电路供电。但是，为克服线性电源系统的缺点，使用了开关电源(SMPS)。

开关电源(SMPS)

LPS的缺点是效率较低，需要使用大容量的电容器来减少纹波以及笨重且昂贵的变压器等，这些都可以通过采用开关模式电源来解决。

通过了解LPS中使用的晶体管用于控制电压降，而SMPS中的晶体管用作受控开关，可以简单地了解SMPS的工作原理。

加工

下图可以理解SMPS的工作原理。

让我们尝试了解SMPS电路每个阶段会发生什么。

输入阶段

50 Hz的交流输入电源信号直接提供给整流器和滤波器电路组合，而无需使用任何变压器。该输出将有许多变化，并且电容器的电容值应更高以应对输入波动。该未稳压的直流电被提供给SMPS的中央开关部分。

切换部分

本节中使用了一种快速开关器件，例如功率晶体管或MOSFET，该开关器件根据变化情况将ON和OFF切换，并将此输出提供给本节中存在的变压器的初级。与60 Hz电源使用的变压器不同，此处使用的变压器体积更小，重量更轻。这些非常有效，因此功率转换比更高。

输出级

来自开关部分的输出信号再次经过整流和滤波，以获得所需的直流电压。这是调节后的输出电压，然后将其提供给作为反馈电路的控制电路。在考虑了反馈信号之后获得最终输出。

控制单元

该单元是具有许多部分的反馈电路。让我们从下图对此有一个清晰的了解。

上图说明了控制单元的内部部件。输出传感器感测信号并将其加入控制单元。该信号与另一部分隔离，因此任何突然的尖峰都不会影响电路。基准电压与信号一起作为一个输入提供给误差放大器，误差放大器是一个比较器，可将信号与所需信号电平进行比较。

通过控制斩波频率，可以维持最终电压电平。这是通过比较误差放大器的输入来控制的，误差放大器的输出有助于确定是增加还是减少斩波频率。 PWM振荡器产生一个标准的PWM波形固定频率。

通过查看下图，可以更好地了解SMPS的完整功能。

SMPS主要用于电压切换完全没有问题且系统效率确实很重要的地方。关于SMPS，有几点要注意。他们是

• SMPS电路通过开关操作，因此电压连续变化。

• 开关设备在饱和或切断模式下运行。

• 输出电压由反馈电路的切换时间控制。

• 开关时间通过调整占空比来调整。

• SMPS的效率很高，这是因为它连续不断地切换其输入以控制输出，而不是将多余的功率耗散为热量。

缺点

SMPS几乎没有缺点，例如

• 由于高频开关而存在噪声。
• 电路很复杂。
• 会产生电磁干扰。

好处

SMPS的优势包括：

• 效率高达80％至90％
• 发热少；减少电力浪费。
• 减少了对电源的谐波反馈。
• 该装置紧凑且尺寸小。
• 降低了制造成本。
• 提供所需数量的电压的规定。

应用领域

SMPS有许多应用。它们用于计算机的主板，手机充电器，HVDC测量，电池充电器，中央配电，汽车，消费电子产品，笔记本电脑，安全系统，空间站等。

SMPS的类型

SMPS是开关模式电源电路，其设计用于从未调节的DC或AC电压获得调节的DC输出电压。 SMPS有四种主要类型，例如

• 直流到直流转换器
• 交流到直流转换器
• 反激转换器
• 正向转换器

输入部分中的AC到DC转换部分使AC到DC转换器与DC到DC转换器有所不同。反激转换器用于低功耗应用。另外还有SMPS类型的Buck转换器和Boost转换器，它们会根据要求降低或增加输出电压。 SMPS的另一种类型包括自激振荡反激转换器，降压-升压转换器，Cuk，Sepic等。