如何計算有功電源功率

系統(tǒng)設(shè)計人員經(jīng)常會找不到典型產(chǎn)品說明書中提及的有功功耗。不少RS-232接口器件產(chǎn)品說明書僅規(guī)定了空載和關(guān)機設(shè)置下的電源電流。然而，當(dāng)連接到遠程RS-232器件時，RS-232器件只適用于通信。數(shù)據(jù)線的電容和遠程接收器的電阻可增加本地RS-232器件的負載，從而增加功耗。雖然大多數(shù)新型RS-232器件會至少有一項有功電流或功率技術(shù)規(guī)格，但不少RS-232器件卻沒有這樣的技術(shù)規(guī)格。

有功功耗是負載所消耗的功率與器件中所損失的功率之和。第一步是為接收器電阻器和線纜電容計算負載功率。表達式1是遠程接收器電阻器功率公式，表示為通道數(shù)乘以驅(qū)動器電壓的平方，再除以接收器電阻。

N × V2/R （1）

表達式2是數(shù)據(jù)線的功耗，表示為驅(qū)動器峰峰值電壓的平方乘以頻率和電容。本地RS-232驅(qū)動器的數(shù)量對此沒有影響，因為每次只接通一個驅(qū)動器。

F × C ×（2 × V）2 （2）

持續(xù)接通的RS-232數(shù)據(jù)流的最高頻率是波特率的一半。任意數(shù)據(jù)流的頻率是波特率的30％。

總負載功率是電阻性功率（表達式1）與電容性功率（表達式2）之和。

P = N × V2/R + F × C ×（2 × V）2

對沒有電容器充電泵或電感型充電泵的器件而言，負載所需的電源電流與負載電流是相同的。電源和輸出電流直接成正比，這一點與線性穩(wěn)壓器相似。

因此，您需要把負載功率轉(zhuǎn)換為負載電流。負載電流等于負載功率除以驅(qū)動器電壓。

I =（N × V2/R + F × C×（2×V）2）/ V

這可簡化成方程式3（表示有功負載電流）。

I = N × V/R + 4 × F × C × V （3）

使用有功負載電流（它與電源電流相同）來計算由負載產(chǎn)生的電源功率。加上空載功率，可得出總系統(tǒng)器件功率。

下面是兩個示例，說明了如何計算有功電源功率。

示例1

GD75232收發(fā)器擁有三個驅(qū)動器和五個接收器。VDD = 9V，VSS = -9V且VCC = 5V。最大電源電流分別為15mA、15mA和30mA。最大空載功率為9V × 15mA + -9V × -15mA + 5V × 30mA = 420mW。這是靜態(tài)（空載）功率。

數(shù)據(jù)流是120k波特的交替位模式，線纜電容為2500pF，遠程接收器的電阻為3千歐（kΩ）。RS-232驅(qū)動器電壓為7.5V。

將示例參數(shù)代入方程式3，計算出負載電流。

I = 3個通道 ×7.5V/3000kΩ+ 4 × 120kbps/2 × 2500pF × 7.5V = 12mA

由于該電流來自VDD或VSS，所以支持該負載所需的電源功率為9V × 12mA = 108mW。

總功率等于空載（靜態(tài)）功率（420mW）加上有功功率（108mW）—— 計算出的總功率值為528mW。

示例2

TRS3232E多通道RS-232線路驅(qū)動器/接收器擁有兩個驅(qū)動器和兩個接收器。VCC = 5V?？蛰dICC最大值為1mA。

該器件擁有一個電容器充電泵，通過消耗電流既可提升電壓也可使電壓反相。如果產(chǎn)品說明書中有兩個額定負載值，那么您就可以計算出該充電泵的效率，但產(chǎn)品說明書中沒有這樣的技術(shù)規(guī)格。在這種情況下，您必須根據(jù)經(jīng)驗來測量有功電流。功耗會隨數(shù)據(jù)流的頻率和線纜電容以及接收器輸入電阻而變化。請看下面的示例：

圖1：TRS3232E的功耗與頻率（每通道電阻為3kΩ）

之前基于TTL的RS-232器件無有功電流技術(shù)規(guī)格 —— 這沒多大關(guān)系，因為在三電源拓撲結(jié)構(gòu)中有功功率的計算很容易。后來單電源充電泵RS-232器件延續(xù)了“產(chǎn)品說明書上無有功功率技術(shù)規(guī)格”的思路，但這種想法有誤，原因是您無法僅根據(jù)產(chǎn)品說明書來計算功率。無論什么情況下產(chǎn)品說明書未提供足夠的信息，均可訪問TI E2E?社區(qū)RS-232論壇尋求幫助。