开关电源：不靠散热改变电压
改变变换比，比较两种方式浪费的热
两根条形分别画出把同样的输入电压变成同样的输出电压时，各方式所用功率的分配。金色是送到输出的有用功率，红色是作为热量丢掉的损耗。扫动变换比，即输出电压与输入电压之比：线性条随变换比减小，红色部分越来越多；开关条则与变换比无关，金色几乎不变。滑块旁边显示输入被变换成多少伏。
线性方式把差额烧成热
线性稳压器把晶体管当作可变电阻，用来降掉多余的电压。同一个电流 I 从输入流到输出，所以晶体管上承受输入输出压差 (Vin - Vout)，相应的功率 (Vin - Vout)·I 全部变成热。送到输出的有用功率是 Vout·I，所以效率 η = Vout / Vin，就是变换比本身。把 12 V 降到 5 V，一半以上变成热消失；降到 3.3 V，接近 3/4 都消失了。降压越大，器件越热，浪费也越大。
理想开关无损耗：先斩波，再取平均
开关只有两种状态。导通时两端电压为 0，所以 V·I = 0；关断时电流为 0，同样 V·I = 0。无论哪种状态，理想开关几乎都不耗电。所以不用可变电阻降压，而是让开关快速通断，把输入切成小段。把一个周期中导通时间所占的比例称为占空比 D，切碎后电压的平均值就是 D·Vin。由电感和电容组成的 LC 滤波器把这些小段平滑地取平均，输出就成为 Vout = D·Vin。开关关断期间，电感电流经二极管或第二个开关继续流动，所以整流器件在这里也派上了用场。只要改变占空比就能确定输出电压，整个过程中没有任何地方把功率烧掉。
效率不挑变换比
线性方式的效率就是变换比本身。所以用 12 V 产生 1.2 V 时，效率会跌到 10%。开关方式不同。它的损耗不是来自输入输出压差，而只来自开关和电感的不理想，所以即使变换比取得很大，效率也不太动摇，常常超过 90%。不过在降压比非常大或负载非常轻时，通断损耗所占的比重变大，效率会稍有下降。从手机充电器到笔记本适配器，再到数据中心电源，几乎所有电源都采用开关方式，原因就在这里。快速通断的代价是产生开关噪声，并且需要电感和电容，电路比线性方式复杂；但降压越大，开关方式的优势就越压倒性。
回到第一屏
变换比小时，线性条大部分被红色的热占据；把变换比提高到接近 1，金色的有用功率就填满了条形。这是因为线性效率就是变换比本身，η = Vout / Vin。开关条始终几乎全是金色。导通时电压为 0、关断时电流为 0 的理想开关不烧功率，而 LC 滤波器把切碎的输入取平均，得到 Vout = D·Vin。从用单向阀二极管整流再前进一步，你已站在只靠通断器件就能高效变换电压的电力电子的门口。
接下来的脉络
这里把开关看作理想的。最后一个单元打开这个开关的内部。功率 MOSFET 正是这个开关；现实中的开关在导通时会在很小的导通电阻上产生损耗，在通断的瞬间则在电压和电流重叠的区段产生损耗。这些导通损耗和开关损耗决定了效率的上限，也是设计者追求更快、电阻更低的器件的原因。