線性穩(wěn)壓器已使用很長時(shí)間，并且一直是電源轉(zhuǎn)換中的關(guān)鍵元件，直到 20 世紀(jì) 60 年代 SMPS 的出現(xiàn)。線性穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)之一在于其簡單性。包含可變電阻的電阻分壓器以及可以調(diào)整該變量的反饋回路構(gòu)成了產(chǎn)生降壓穩(wěn)壓電壓的基礎(chǔ)。例如，該可變電阻可以是線性模式下的雙極晶體管或場效應(yīng)晶體管。集成線性穩(wěn)壓器 IC 只需要很少的外部元件，并且設(shè)計(jì)簡單。這些穩(wěn)壓器中的輸出電壓紋波很低，有些僅產(chǎn)生 ?V 的均方根噪聲水平，因?yàn)闆]有開關(guān)元件。沒有外部補(bǔ)償回路也意味著更寬的控制回路帶寬和更快的瞬態(tài)響應(yīng)。線性穩(wěn)壓器的效率可以近似為：

h = 電壓/輸入電壓

其中 V O和 V IN分別是輸出和輸入電壓電平。因此，當(dāng) V O遠(yuǎn)低于 V IN時(shí)，效率會(huì)很低（例如，12 V 至 3.3 V 的線性穩(wěn)壓器的效率僅為 27.5%）。線性穩(wěn)壓器的另一個(gè)限制是它們無法提高電壓電平（即在升壓模式下運(yùn)行）。因此，這些穩(wěn)壓器現(xiàn)在用于噪聲和簡單性優(yōu)勢(shì)占主導(dǎo)地位的應(yīng)用中，尤其是在低功耗和低壓差（即 V O接近 V IN）應(yīng)用中。

在基于線性穩(wěn)壓器的電源中，輸入交流線電壓通常使用變壓器降壓至較低的交流電壓水平。由于該變壓器以 50 或 60 Hz 的線路頻率運(yùn)行，因此體積較大。這一因素加上效率低下導(dǎo)致的熱量損失（可能需要大型散熱器），導(dǎo)致功率密度較低。

SMPS 通過快速打開和關(guān)閉 MOSFET 等功率器件來工作。在降壓轉(zhuǎn)換器中（如圖 1 所示），V O和 V IN之間的關(guān)系可近似為：

VO = VIN x D

其中 D 是開關(guān)器件 Q 的占空比（開關(guān)周期的導(dǎo)通時(shí)間百分比）。輸出路徑中的電感器 L 有助于維持電流流動(dòng)，而續(xù)流二極管 D1 在開關(guān)器件關(guān)閉時(shí)完成電流路徑。

圖 1：降壓 SMPS 的簡化原理圖

用以 (1-D) 同步時(shí)間間隔開啟的 MOSFET 替換該二極管有助于降低損耗。假設(shè)只有傳導(dǎo)損耗，上述 12 V 至 3.3 V 轉(zhuǎn)換示例中的同步降壓轉(zhuǎn)換器的效率可高達(dá) 97%，而線性穩(wěn)壓器的效率為 27.5%。這種巨大的效率提升是 SMPS 的主要優(yōu)勢(shì)。開關(guān)和電感損耗會(huì)降低這個(gè)數(shù)字，但仍可 > 95%。高開關(guān)頻率有助于減小磁性元件的尺寸，但代價(jià)是增加有源器件中的開關(guān)損耗和電感器鐵芯損耗。寬帶隙 (WBG) 器件（例如由碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 制成的器件）具有較低的寄生電容，因此即使在高頻下也具有相對(duì)較低的開關(guān)損耗。因此，它們非常適合高功率密度 SMPS 轉(zhuǎn)換器。