1.1 两种电源的比较

电子设备离不开电源。电源供给电子设备所需要的能量。电源的性能、质量直接影响着电子设备的安全可靠运行，故此对电子设备电源性能、质量的要求也越来越高。现有的电源主要有两大类：串联线性稳压电源（简称线性电源）和开关稳压电源（简称开关电源）。这两类电源各具特色而被广泛应用。

1.1.1 线性电源的结构与特点

线性电源的组成框图及输出波形如图1-1所示。

线性电源通常都是由电网所提供的交流电，经过变压、整流、滤波和稳压环节而得到的。其各部分电路的作用如下：

① 电源变压器——将220V电网电压转换为整流电路所需要的交流电压值，少部分电路采用电容降压，如遥控电风扇电路。

② 整流电路——将交流电压转换为脉动直流电压。常用的整流电路有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。

③ 滤波电路——将脉动直流电压转换为较平滑的直流电压。常用的滤波电路有电感滤波、电容滤波和阻容滤波。其中最常用的是电容滤波。

④ 稳压电路——将直流电源的输出电压稳定，基本不受电网电压或负载的影响。常用的稳压电路有二极管稳压、串联稳压。其中，串联稳压有现成的集成电路，如固定电压输出的集成电路有 LM78××和 LM79××等，可调电压输出的集成电路有 LM317 和LM337等。

图1-2为包含市电降压、整流、滤波和稳压4个功能模块的线性稳压电源。

线性电源的优点是稳定性好、瞬态响应速度快、可靠性高、输出电压精度高和输出纹波电压小；缺点是工作频率低，所采用的工频变压器、滤波器的体积和重量都较大。调整管工作在线性状态，功耗大、效率低，需要加装散热器。在一般情况下，线性电源效率均不会超过50%，但因其优良的输出特性，在对电源性能要求较高的场合仍得到了广泛的应用。

1.1.2 开关电源的结构与特点

在AC-DC转换过程中，市电均经整流变为高压直流（DC），再经DC-DC转换为负载所需的低压直流（DC），因此DC-DC转换器是开关电源的组成核心，DC-DC开关电源也称为DC-DC转换器（注：因DC-DC开关电源的调整管工作在通（ON）与断（OFF）状态，故也称为开关管；又因调整管的主要功能是进行功率转换，故也称为功率管或功率开关管）。

开关电源工作的实质是通过改变电路中开关管的导通时间来改变输出电压（或电流）的大小，以达到维持输出电压（或电流）稳定的目的。

DC-DC转换器就是重复通/断开关，把直流电压（电流）转换为高频方波电压（电流），再经整流平滑变为直流电压（电流）输出。DC-DC转换器由半导体开关、整流二极管、平滑滤波电抗器和电容等基本元器件组成。当输入、输出间需要进行电气隔离时，可以采用变压器，把高频方波电压（电流）通过变压器传送到输出侧。构成DC-DC转换器的基本元器件如图1-3所示。图中，U_I为整流后不稳定的直流电压；U_O为经过斩波的输出电压；S为开关。

通过提高开关频率，滤波电感、开关变压器等磁性元器件，以及滤波电容等都可以小型轻量化。对于DC-DC转换器，加在开关S两端电压U_S的波形近似为方波，通过电流I_S的波形近似为三角波或有台阶的三角波（见第7章，有台阶的三角波也可称为梯形波），如图1-4所示。其占空比定义为

式中，T为开关S的通/断周期；t_ON为开关S的导通时间；t_OFF为开关S的断开时间。

DC-DC转换器的开关波形（见图1-4）控制占空比的方法有保持工作周期T不变、控制开关通/断时间的脉宽调制（PWM）^[1]、保持导通时间t_ON不变、改变工作周期T的频率调制（PFM）^[2]。但在开关频率较低时，频率调制（PFM）方式需要较大的隔离变压器与输入/输出滤波器，既不经济，体积也过大，在现实中难以接受，故这种工作方式的开关频率要足够高。

开关电源与线性电源相比具有较多优点，见表1-1。

开关电源虽然有很多优点，但也存在一些问题影响着开关电源的生产或应用，见表1-2。