一、線性電源的原理
線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等。如圖1。
圖1
線性電源是先將交流電經過變壓器變壓，再經過整流電路整流濾波得到未穩定的直流電壓，要達到高精度的直流電壓，必須經過電壓反饋調整輸出電壓，這種電源技術很成熟，可以達到很高的穩定度，波紋也很小，而且沒有開關電源具有的干擾與噪音。但是它的缺點是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態，調整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時，致使調整管的功耗太大，轉換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計算機等設備的需要，將逐步被開關電源所取代。
二、開關電源的原理：
開關電源主要包括輸入電網濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。如圖2 。
圖2
它們的功能是：
1．輸入電網濾波器：消除來自電網，如電動機的啓動、電器的開關、雷擊等產生的干擾，同時也防止開關電源產生的高頻噪聲向電網擴散。
2．輸入整流濾波器：將電網輸入電壓進行整流濾波，爲變換器提供直流電壓。
3．逆變器：是開關電源的關鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，並且起到將輸出部分與輸入電網隔離的作用。
4．輸出整流濾波器：將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負載的干擾。
5．控制電路：檢測輸出直流電壓，並將其與基準電壓比較，進行放大。調製振盪器的脈衝寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩定。
6．保護電路：當開關電源發生過電壓、過電流短路時，保護電路使開關電源停止工作以保護負載和電源本身。
開關電源是將交流電先整流成直流電，在將直流逆變成交流電，在整流輸出成所需要的直流電壓。這樣開關電源省去下線性電源中的變壓器，以及電壓反饋電路。而開關電源中的逆變電路完全是數字調整，同樣能達到非常高的調整精度。
開關電源的主要優點：體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的20～30%）、效率高（一般爲60～70%，而線性電源只有30～40%）、自身抗干擾性強、輸出電壓範圍寬、模塊化。
開關電源的主要缺點：由於逆變電路中會產生高頻電壓，對周圍設備有一定的干擾。需要良好的屏蔽及接地。
交流電經過整流，可以得到直流電。但是，由於交流電壓及負載電流的變化，整流後得到的直流電壓通常會造成20%到40%的電壓變化。爲了得到穩定的直流電壓，必須採用穩壓電路來實現穩壓。按照實現方法的不同，穩壓電源可分爲三種：線性穩壓電源、相控穩壓電源、開關穩壓電源。其中開關電源代表低碳環保和先進電源的發展趨勢。
常用的低壓直流開關電源就是將220V交流電經過EMI濾波器後直接整流成300V左右的直流電，通過電路控制開關管進行高速的道通與截止再轉化爲高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產生所需要的一組或多組電壓，而後再整流成所需要電壓的直流電。轉化爲高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多，所以主變壓器可以做的很小，且使用磁芯,它工作時也不是很熱；另外，在高頻下，貯存能量和濾波電容和電感要比50Hz 下小很多，成本很低。如果不將50Hz 變爲高頻那開關電源就沒有意義！開關變壓器也不神祕，就是一個普通的磁芯變壓器！這就是開關電源。
開關電源，是通過電子技術實現的，主要環節：整流成直流電——逆變成所需電壓的交流電（主要來調整電壓）——再經過整流成直流電壓輸出。
開關電源的結構中由於中間沒有笨重的變壓器和散熱片，因而體積非常小。同時，開關電源內部都是電子元件，效率高、發熱小。雖然，具有電磁干擾大等缺點，但現在歐美日本土銷售和中國製造但沒有偷工減料的開關電源抗電磁干擾濾波器和屏蔽技術已經非常到位。
開關電源大體可以分爲隔離和非隔離兩種，隔離型的必定有開關變壓器，而非隔離的未必一定有。
簡單地說,開關電源的工作原理是:
1.交流電源輸入經整流濾波成直流;
2.通過高頻PWM(脈衝寬度調製)或者脈衝頻率調製（PFM）控制開關管，將那個直流加到開關變壓器初級上;
3.開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載;
4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM佔空比,以達到穩定輸出的目的.
交流電源輸入時一般要經過電感電容濾波器一類的東西，過濾掉電網上的干擾，同時也過濾掉電源對電網的干擾；在功率相同時，開關頻率越高，開關變壓器的體積就越小，但對開關管的要求就越高；開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭，以得到需要的輸出；一般還應該增加一些保護電路，比如空載、短路等保護, 否則可能會燒燬開關電源。
以上說的就是開關電源的大致工作原理。
其實現在已經有了集成度非常高的專用芯片，可以使外圍電路非常簡單，甚至做到免調試。
例如TOP系列的開關電源芯片(或稱模塊)，只要配合一些阻容元件，和一個開關變壓器，就可以做成一個基本的開關電源。
開關電源&線性電源
普通半橋開關電源的主要工作原理就是上橋和下橋的開關管(頻率高時開關管爲VMOS)輪流導通，首先電流通過上橋開關管流入，利用電感線圈的存儲功能，將電能集聚在線圈中，最後關閉上橋開關管，打開下橋的開關管，電感線圈和電容持續給外部供電。然後又關閉下橋開關管，再打開上橋讓電流進入，就這樣重複進行，因爲要輪流開關兩開關管，所以稱爲開關電源。
而線性電源就不一樣了，由於沒有開關介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就會漏出來，這就是我們經常看到的某些線性電源的調整管發熱量很大，用不完的電能，全部轉換成了熱能。從這個角度來看，線性電源的轉換效率就非常低了，而且熱量高的時候，元件的壽命勢必要下降，影響最終的使用效果 。
開關電源和線性電源的區別主要是他們的工作方式。
線性電源的功率調整管總是工作在放大區，流過的電流是連續的。由於調整管上損耗較大的功率，所以需要較大功率調整管並裝有體積很大的散熱器，發熱嚴重，效率很低。一般在40%~60%，還得說他是很好的線性電源。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，也有別的像KX電源，再經過整流輸出直流電壓。這樣一來他的體積也就很大，比較笨重，效率低、發熱量也大。他也有他的優點：紋波小，調整率好，對外干擾小。適合用與模擬電路，各類放大器等。
開關電源。它的功率器件工作在開關狀態，在電壓調整時能量是通過電感線圈來臨時貯存，這樣他的損耗就小，效率也就高，對散熱的要求低，但它對變壓器和貯能電感也有了更高的要求，要用低損耗高磁導率的材料來做。它的變壓器就是一個字小。總效率在 80％～98％，開關電源的效率高但體積小，但是和線性電源比他的紋波，電壓電流調整率就有一定的折扣了 。
業餘電臺等無線電通信專用電源交流電源的特殊要求：
1、電臺使用比較規範的室外天饋系統，同軸電纜屏蔽層不參與無線電收發時主要考慮電源的ESD和電源穩壓部分的抗干擾能力。原因是發射時電源負載阻抗瞬時變化很大，如果處理不當會造成穩壓系統取樣和執行紊亂，因此須在穩壓系統取樣與輸出間加裝低通濾波器。
2、電臺使用很隨意的室外天饋系統，同軸電纜屏蔽層參與無線電收發。此時此刻還需要在220V輸入端加裝低通濾波器抑制干擾。
3、使用昂貴的電臺，因維修費用高，須加裝並聯型限壓電路以確保在任何時候電臺得到的電壓不超過額定電壓25%。
開關電源設計的各項指標概念和定義
一． 描述輸入電壓影響輸出電壓的幾個指標形式
1． 絕對穩壓係數
A．絕對穩壓係數：表示負載不變時，穩壓電源輸出直流變化量△U0 與輸入電網變化量△Ui 之比。即：K= U0/ Ui 。
B．相對穩壓係數：表示負載不變時，穩壓器輸出直流電壓 Uo 的相對變化量△Uo 與輸出電網 Ui 的相對變化量△Ui之比。即：S= Uo/Uo / Ui/Ui
2. 電網調整率
它表示輸入電網電壓由額定值變化±10%時，穩壓電源輸出電壓的相對變化量，有時也以絕對值表示。
3. 電壓穩定度
負載電流保持爲額定範圍內的任何值，輸入電壓在規定的範圍內變化所引起的輸出電壓相對變化△Uo/Uo（百分值），稱爲穩壓器的電壓穩定度。
二． 負載對輸出電壓影響的幾種指標形式
1． 負載調整率（也稱電流調整率）
在額定電網電壓下，負載電流從零變化到最大時，輸出電壓的最大相對變化量，常用百分數表示，有時也用絕對變化量表示。
2． 輸出電阻（也稱等效內阻或內阻）
在額定電網電壓下，由於負載電流變化△IL 引起輸出電壓變化△Uo，則輸出電阻爲Ro=| Uo/ IL| 歐。
三． 紋波電壓的幾個指標形式
1． 最大紋波電壓
在額定輸出電壓和負載電流下，輸出電壓的紋波（包括噪聲）的絕對值的大小，通常以峯峯值或有效值表示。
2． 紋波係數 Y（%）
在額定負載電流下，輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓Uo之比，即：y=Umrs/Uo x100%
3． 紋波電壓抑制比
在規定的紋波頻率（例如 50HZ）下，輸出電壓中的紋波電壓 Ui~與輸出電壓中的紋波電壓 Uo~之比，即：紋波電壓抑制比=Ui~/Uo~ 。
這裏聲明一下：噪聲不同於紋波。紋波是出現在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關頻率同步的成分，用峯-峯（peak to peak）值表示，一般在輸出電壓的 0.5%以下；噪聲是出現在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分，也用峯-峯（peak to peak）值表示，一般在輸出電壓的 1%左右。紋波噪聲是二者的合成，用峯-峯（peak to peak）值表示，一般在輸出電壓的 2%以下。
四． 衝擊電流
衝擊電流是指輸入電壓按規定時間間隔接通或斷開時，輸入電流達到穩定狀態前所通過的最大瞬間電流。一般是 20A～30A。
五． 過流保護
是一種電源負載保護功能，以避免發生包括輸出端子上的短路在內的過負載輸出電流對電源和負載的損壞。過流的給定值一般是額定電流的 110%～130%。
六． 過壓保護
是一種對端子間過大電壓進行負載保護的功能。一般規定爲輸出電壓的 130%～150%。
七． 輸出欠壓保護
當輸出電壓在標準值以下時，檢測輸出電壓下降或爲保護負載及防止誤操作而停止電源併發出報警信號，多爲輸出電壓的 80%～30%左右。
八． 過熱保護
在電源內部發生異常或因使用不當而使電源溫升超標時停止電源的工作併發出報警信號。
九． 溫度漂移和溫度係數
溫度漂移：環境溫度的變化影響元器件的參數的變化，從而引起穩壓器輸出電壓變化。常用溫度係數表示溫度漂移的大小。絕對溫度係數：溫度變化1℃引起輸出電壓值的變化△UoT，單位是 V/℃或毫伏每攝氏度。相對溫度係數：溫度變化1℃引起輸出電壓相對變化△UoT/Uo，單位是 V/℃。
十． 漂移
穩壓器在輸入電壓、負載電流和環境溫度保持一定的情況下，元件參數的穩定性也會造成輸出電壓的變化，慢變化叫漂移，快變化叫噪聲，介於兩者之間叫起伏。
表示漂移的方法有兩種：
1． 在指定的時間內輸出電壓值的變化△Uot。
2． 在指定時間內輸出電壓的相對變化△Uot/Uo。
考察漂移的時間可以定爲 1 分鐘、10 分鐘、1 小時、8 小時或更長。只在精度較高的穩壓器中，纔有溫度係數和溫漂兩項指標。
十一． 響應時間
是指負載電流突然變化時，穩壓器的輸出電壓從開始變化到達新的穩定值的一段調整時間。在直流穩壓器中，則是用在矩形波負載電流時的輸出電壓波形來表示這個特性，稱爲過度特性。
十二． 失真
這是交流穩壓器特有的。是指輸出波形不是正 波形，產生波形畸變，稱爲畸變。
十三． 噪聲
按 30HZ～18kHZ 的可聽頻率規定，這對開關電源的轉換頻率不成問題，但對帶風扇的電源要根據需要加以規定。
十四．輸入噪聲
爲使開關電源工作保持正常狀態，要根據額定輸入條件，按由允許輸入外併疊加於工業用頻率的脈衝狀電壓（0～peak）制定輸入噪聲指標。一般外加脈衝寬度爲 100～800us，外加電壓 1000V。
十五． 浪涌
這是在輸入電壓，以 1 分鐘以上的間隔按規定次數加一種浪涌電壓，以避免發生絕緣破壞、閃絡、電弧等異常現象。通信設備等規定的數值爲數千伏，一般爲 1200V。
十六． 靜電噪聲
指在額定輸入條件下，外加到電源框體的任意部分時，全輸出電路能保持正常工作狀態的一種重複脈衝狀的靜電。一般保證 5～10KV 以內。
十七． 穩定度
允許使用條件下，輸出電壓最大相對變化△Uo/Uo 。
十八． 電氣安全要求（GB 4943-90）
1． 電源結構的安全要求
1） 空間要求。UL、CSA、VDE 安全規範強調了在帶電部分之間和帶電部分與非帶電金屬部分之間的表面、空間的距離要求。UL、CSA 要求：極間電壓大於等於 250VAC 的高壓導體之間，以及高壓導體與非帶電金屬部分之間（這裏不包括導線間），無論在表面間還是在空間，均應有 0.1 英寸的距離；VDE 要求交流線之間有 3mm 的徐變或2mm 的淨空隙；IEC 要求：交流線間有 3mm 的淨空間隙及在交流線與接地導體間的 4mm 的淨空間隙。另外，VDE、IEC 要求在電源的輸出和輸入之間，至少有 8mm 的空間間距。
2） 電介質實驗測試方法（打高壓：輸入與輸出、輸入和地、輸入 AC 兩級之間）。
3） 漏電流測量。漏電流是流經輸入側地線的電流，在開關電源中主要是通過靜噪濾波器的旁路電容器泄露電流。UL、CSA 均要求暴露的不帶電的金屬部分均應與大地相接，漏電流測量是通過將這些部分與大地之間接一個 1.5K歐的電阻，其漏電流應該不大於 5 毫安。VDE 允許：用 1.5K 歐的電阻與 150nP 電容並接。並施加 1.06 倍額定使用電壓，對數據處理設備，漏電流應不大於 3.5 毫安。一般是 1 毫安左右。
4） 絕緣電阻測試。
VDE 要求：輸入和低電壓輸出電路之間應有 7M 歐的電阻，在可接觸到的金屬部分和輸入之間，應有 2M 歐的電阻或加 500V 直流電壓持續 1 分鐘。
5） 印製電路板要求。要求是 UL 認證的 94V-2 材料或比此更好的材料。
2． 對電源變壓器結構的安全要求
1） 變壓器的絕緣。變壓器的繞組使用的銅線應爲漆包線，其他金屬部分應塗有瓷、漆等絕緣物質。
2） 變壓器的介電強度。在實驗中不應出現絕緣層破裂和飛弧現象。
3） 變壓器的絕緣電阻。變壓器繞組間的絕緣電阻至少爲 10M 歐，在繞組與磁心、骨架、屏蔽層間施加 500 伏直流電壓，持續 1 分鐘，不應出現擊穿、飛弧現象。
4） 變壓器溼度電阻。變壓器必須在放置於潮溼的環境之後，立即進行絕緣電阻和介電強度實驗，並滿足要求。潮溼環境一般是：相對溼度爲 92%（公差爲 2%），溫度穩定在 20 到 30 攝氏度之間，誤差允許 1%，需在內放置至少48 小時之後，立即進行上述實驗。此時變壓器的本身溫度不應該較進入潮溼環境之前測試高出 4 攝氏度。
5） VDE 關於變壓器溫度特性的要求。
6） UL、CSA 關於變壓器溫度特性的要求。
3. 功率因數校正要求
爲減少開關電源對電網的污染，國際電工委員會和一些國家與地區推出了IEC1000-3-2和EN61000-3-2等標準，對電流諧波作出了限量規定。爲滿足輸入電流諧波限制要求，最有效的技術手段就有源功率因數校正（有源PFC）。
