AC/DC线性电源和开关电源的区别

电源按照转换原理分类，可分为线性电源和开关电源。线性电源和开关电源的特点如下：

1、线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低（与压降多少有关），需要加体积庞大的散热片。实现交流/直流转换时，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。

2、开关电源通过不同的拓扑结构可以实现，降压、升压、升降压。而线性电源只能实现降压。

我们早期大约上世纪90年代，用的一些小功率的家用电器，都是用外置电源适配器来供电的，但是那时候的电源适配器“傻大黑粗”。拿在手上沉甸甸的，供电的时候非常发烫。

在家偷玩小霸王游戏机的同学，家长回家时会不会摸摸电源适配器的温度？

AC/DC开关电源的调整管工作在饱和和截止状态，因而发热量小，效率高。AC/DC开关电源省掉了大体积的工频变压器。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有可能可以改善，另外由于开关管工作时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。相对而言线性电源的纹波可以做得很小。

工频变压器尺寸比较大

AC/DC电源分为线性电源和开关电源。早期很多电源适配器都比较重，用的是工频变压器。

工频变压器也称作低频变压器，以示与开关电源用高频变压器有区别，工频变压器在过去传统的电源中大量使用，而这些电源的稳定方式又是采用线性调节的，所以那些传统的电源又被称为线性电源。工频一般指市电的频率,在我国是50Hz,其他国家也有60Hz的。

AC/DC线性电源实现交流转换成直流，是先用变压器把交流电压进行降压，这种直接在市电的频率进行降压的变压器，我们称为工频变压器。工频变压器也称作低频变压器，以示与开关电源用高频变压器有区别，工频变压器在过去传统的电源中大量使用，工频一般指市电的频率,在我国是50Hz,其他国家也有60Hz的。而可以改变这个频率交流电的电压的变压器,就是叫工频变压器了。工频变压器相对于高频变压器，一般体积比较大。所以有工频变压器实现的交流/直流的线性电源体积也就比较大。

上图为典型的线性电源电路图，实现交流/直流的转换，市电220V经过变压器、镇流器、电容滤波，由线性稳压管实现需要的输出电压。

第一步，线性电源是先经过变压器，利用工频的频率，直接利用变压器的匝数比，实现变压。工频变压器输出一个工频的低压交流电。

第二步，在通过整流桥整流成一个略高于所需要输出电源的电压，经过电容滤波之后形成一个接近直流的电源。

第三步，经过稳压电路

线性电源用工频变压器、开关电源用高频变压器

上世纪60年代开始，由于微电子技术的快速发展，出现了高反压的晶体管，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。下图是一个典型的单端输出反激式开关电源的功率部分原理图。

典型的单端输出反激式开关电源的功率部分原理图

交流/直流开关电源是需要先对交流电源进行整流滤波形成一个近似的直流高压，然后再通过控制开关管，产生高频的脉冲，通过变压器进行变压。交流/直流开关电源效率更高，体积更小。体积小的一个重要原因是高频变压器比工频变压器体积小很多。

工频变压器和高频变压器的区别

1、磁性材料的差别:

工频变压器采用硅钢片作为磁芯材料的;高频变压器是采用铁氧体磁芯材料。

2、工作频率的差别：

工频变压器的工作频率一般是指50Hz或者60Hz的电源频率;高频变压器的工作频率一般都在1KHz以上，甚至几十KHz或者上百KHz，应用范围不同频率也不一样。

3、应用方面：

工频变压器一般多用于将220V或者110V工频高压变换成工频低压，供小家电的电路板供电使用（如豆浆机、抽油烟机、音响等等，应用范围比较广泛;高频变压器用途就广泛了（如;手机充电器，电子镇流器，开关电源，彩电电源，电脑电源，液晶驱动及电源等等许多场合都有使用）。

为什么频率越高，变压器体积越小？

最重要的是根据麦克斯韦方程，变压器线圈内的感生电动势E为

也就是磁通密度B随时间的变化率在N个面积为Ac的线匝的积分。

对于变压器，变压器原边的感生电动势E与输入侧加的电压U可以认为是线性关系。变压器输入侧的U幅值不变的前提下可以认为E幅值也不变。

此外，每种磁芯的磁通密度B会有一个上限，高频用的铁氧体大约在零点几特斯拉，工频用的铁芯大约在略大于一的水平，差距不是很大。

因此，当频率提高后，在磁通密度B峰值变化不大的前提下，每个周期内的磁通密度变化率dB/dt是大幅增加的，因此可以用更小的Ac或N实现相同的感生电动势E。Ac减小，意味着磁芯截面面积减小；N减小，意味着可以缩小磁芯空窗的面积，两者都可以帮助实现更小的磁芯体积。高频变压器的横截面积更小，线圈的匝数变少，这样体积也就更小了。

开关电源的调整管工作在饱和和截止的状态，因而发热量小，效率高。交流/直流电源省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波，另外由于开关管工作时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。相对而言线性电源就没有以上缺陷，它的纹波可以做的很小。

审核编辑：汤梓红