了解线性电源和开关电源之间的差异

交流电(AC)是在发电机或交流发电机中产生的，随着发电机旋转，交流电会不断切换极性。这种发电方式比直流电 (DC)有优势，因为它能够更有效地传输很长的距离。由于几乎所有供电都是某种形式的交流电，因此它是为大多数工业设备供电的主要电力类型。一旦电力到达工业设备或任何形式的自动化设备，通常需要将其转换为更有用的电力类型，以供单元内的各个电气元件使用。

每个自动化单元、机器人或工业机器都需要某种控制面板或控制系统。根据不同类型设备的复杂程度，控制面板内的部件将需要特定类型的电源。电源用于为这些组件提供所需的特定电源，无论是低压直流电源还是与输入电源电压不同的交流电源连接。大多数控制组件和电气设备都采用某种形式的低压直流电源，因此需要将交流电源转换为电气设备所需的正确形式的直流电源。用于改变交流电的设备称为直流电源。

有两种不同的电源创建方法，它们属于线性电源和开关电源类别。它们各有优缺点，在机器人或自动化单元的设计过程中都需要考虑。根据应用，许多单元包含一种或两种类型的电源，特别适合每个单独的应用。

线性电源示意图

图 2. 线性电源原理图。

线性电源

线性电源在整个电子和自动化行业中用于不同的应用。与开关电源相比，它们以安静的运行而闻名。除了低噪音运行外，线性电源还能产生稳定的低纹波直流电。直流电源中的纹波是提供的直流电中存在的叠加交流电的量。换句话说，线性电源能够从交流电中产生非常平滑的直流电。

线性电源的工作原理一般是利用变压器将高压交流电降压为低压交流电，经过变压后低压交流电再经过整流过程，将交流电转换为直流电。

由于线性电源（特别是变压器和相对较大的电容器）内部从交流到直流的变化过程的性质，它们与开关电源相比通常非常大并且能效较低。

开关电源原理图

图3. 开关电源原理图。

开关电源

开关电源本质上与线性电源类似，但每次提供的电流交替时，开关电源的操作都会切换。开关电源使用脉冲宽度调制 (PWM)工作。PWM 允许高效地从交流电转换为直流电，从而减少系统内的能源浪费。它们的尺寸也比线性电源小，因为 PWM 占空比下变压器的 VA（功率）额定值要低得多。

然而，小尺寸和高能效是有代价的，开关电源产生的电噪声比线性电源要大得多。噪声是由设备内部不断产生的电气开关产生的。

开关电源与线性电源相比还有一个优势，它们可以升压或降压，因此在需要增加电压的应用中非常有用。线性电源无法升压。开关电源还能够使用不同类型的交流输入在另一端产生稳定的直流电压。对于线性电源，需要手动调整电源以适应不同的输入电压，这对于没有标准交流电源输入的应用来说是一个小小的缺点。

电源里面有什么？

虽然线性电源和开关电源内部的组件不同，但它们的组件确实有重叠。它们都包含某种类型的变压器、整流电路、平滑电路和低通滤波器。然而，这些组件相互作用的方式不同，并且它们各自包含特定于其开关电路类型的单独组件。

线性电源需要变压器来降低输入的交流电压。一旦电压降低，交流电就会通过由二极管桥组成的整流电路。此时，离开整流电路的电压并不平滑，需要使用平滑电容器和控制电路来均衡电压。电压峰值之间的差异会产生过多的热量，因此需要散热器来保护线性电源。一旦电压到达电路的另一侧，它就会成功转换为噪声较少的直流电流。

开关电源包含类似的组件，但改变电流的过程与线性电源大不相同。在开关电源中，电源在电压变换之前先进行整流和平滑处理。高频变压器用于将电压升高或降低到适当的电压，然后在包含开关的控制电路中再次平滑。电路的终整流和平滑部分包含与控制电路相连的低通滤波器。

线性电源与开关电源

高压交流电可有效地将电力从发电地输送到很远的地方，是电力传输的选择。高压交流电在为自动化设备所需的小型敏感电气控制设备和电子设备有效供电方面存在局限性。由于这一限制，高压交流电通常需要转换为低压直流电。

直流电源是一种改变电流类型的有效方法，可使电流更适合控制元件。线性电源提供更平稳、噪音更小的直流电源，但能源效率较低，无法升压。开关直流电源更节能，可以升压或降压，但由于连续开关，电气噪音更大。