线性稳压与开关模式电源的优缺点

　　日常电子设备，尤其是那些带有集成电路的电子设备，需要一个可靠的直流电压源，该电压源可以随时供电而不会出现任何故障。在本博客中，我们将探讨两种电源设计拓扑，以便为您的下一个项目考虑线性稳压和开关电源。您选择的电源最终取决于您对效率、空间、输出调节、瞬态响应时间和成本的要求。

　　线性稳压电源

　　直到 1970 年代，线性稳压器一直是电子设备的首选电源，用于将交流电 (AC) 转换为稳定的直流电 (DC)。虽然这种电源类型在今天并不普遍使用，但对于需要最小噪声和纹波的应用来说，它仍然是最佳选择。

　　它们可能很笨重，但线性稳压电源是无噪声的。（图片来源）

　　他们是如何工作的

　　使线性稳压器发挥作用的主要部件是钢制或铁制变压器。该变压器提供两个功能：

　　它充当将高压交流输入与低压直流输入分开的屏障，它还滤除任何进入输出电压的噪声。它将交流输入从 115V/230V 降低到大约 30V，然后可以转换为稳定的直流电压。交流电压首先由变压器降低，然后由几个二极管整流。然后通过一对大电解电容器将其平滑成低直流电压。然后使用晶体管或集成电路将这个低直流电压调节为稳定的输出电压。

　　这是一个带有线性稳压器的电源。（图片来源）

　　线性电源中的稳压器充当可变电阻器。这允许输出电阻值改变以匹配输出功率要求。由于电压调节器不断地抵抗电流以维持电压，因此它还充当了功率耗散装置。这意味着有用的功率不断以热量的形式损失，以保持电压水平恒定。

　　变压器已经是印刷电路板 (PCB) 上的一个大型组件。由于恒定的功率和散热，线性稳压器电源将需要一个散热器。与开关电源的小尺寸相比，这两个组件单独增加了一个非常笨重的设备。

　　首选应用

　　线性稳压器以其低效率和大尺寸而闻名，但它们确实提供了无噪声的输出电压。这使得它们非常适合任何需要高频和低噪声的设备，例如：

　　控制电路低噪声放大器信号处理器自动化和实验室测试设备数据采集​​传感器和电路

　　优点缺点

　　线性稳压电源可能体积庞大且效率低下，但它们的低噪声非常适合对噪声敏感的应用。此拓扑需要考虑的一些优点和缺点包括：

　　优点

　　简单的应用程序。线性稳压器可以作为一个完整的封装实现，并添加到一个只需要两个额外滤波电容器的电路中。这使任何技能水平的工程师都可以轻松地从头开始进行规划和设计。成本低。如果您的设备需要小于 10W 的功率输出，那么与开关电源相比，组件和制造成本要低得多。低噪音/纹波。线性稳压器具有非常低的输出电压纹波和高带宽。这使得它们非常适合任何对噪声敏感的应用，包括通信和无线电设备。

　　缺点

　　灵活性有限。线性稳压器只能用于降压。对于 AC-DC 电源，需要在线性电源之前放置一个具有整流和滤波功能的变压器，这将增加总体成本和工作量。有限的产出。线性稳压电源仅提供一种输出电压。如果您需要更多，那么您需要为每个所需的输出添加一个单独的线性稳压器。效率低下。由于散热，平均线性稳压器件可实现 30%-60% 之间的效率。它还需要添加散热器，这会增加设备的尺寸和重量。在节能设备的今天，线性稳压电源的低效率等级可能会成为交易杀手。对于 24V 输出，正常的线性稳压电源将以大约 60% 的效率运行。当您考虑 100W 输入时，您会看到 40W 的功率损失。

　　在考虑使用线性稳压电源之前，我们强烈建议您考虑从输入到输出的功率损耗。您可以使用以下公式快速估算线性稳压器的效率：