对RS232器件有功电流技术规格的解析

 系统设计人员经常会找不到典型产品说明书中提及的有功功耗。不少RS-232接口器件产品说明书仅规定了空载和关机设置下的电源电流。然而,当连接到远程RS-232器件时,RS-232器件只适用于通信。数据线的电容和远程接收器的电阻可增加本地RS-232器件的负载,从而增加功耗。虽然大多数新型RS-232器件会至少有一项有功电流或功率技术规格,但不少RS-232器件却没有这样的技术规格。

 
在交流电路中,有功功率是指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分的平均值(或负载电阻所消耗的功率),因此,也称平均功率。
 
有功功耗是负载所消耗的功率与器件中所损失的功率之和。第一步是为接收器电阻器和线缆电容计算负载功率。表达式1是远程接收器电阻器功率公式,表示为通道数乘以驱动器电压的平方,再除以接收器电阻。
 
N × V2/R   (1)
 
表达式2是数据线的功耗,表示为驱动器峰峰值电压的平方乘以频率和电容。本地RS-232驱动器的数量对此没有影响,因为每次只接通一个驱动器。
 
F × C ×(2 × V)2   (2)
 
持续接通的RS-232数据流的最高频率是波特率的一半。任意数据流的频率是波特率的30%。
 
总负载功率是电阻性功率(表达式1)与电容性功率(表达式2)之和。
 
P = N × V2/R + F × C ×(2 × V)2
 
对没有电容器充电泵或电感型充电泵的器件而言,负载所需的电源电流与负载电流是相同的。电源和输出电流直接成正比,这一点与线性稳压器相似。
 
因此,您需要把负载功率转换为负载电流。负载电流等于负载功率除以驱动器电压。
 
I =(N × V2/R + F × C×(2×V)2)/ V
 
这可简化成方程式3(表示有功负载电流)。
 
I = N × V/R + 4 × F × C × V   (3)
 
使用有功负载电流(它与电源电流相同)来计算由负载产生的电源功率。加上空载功率,可得出总系统器件功率。
 
下面是两个示例,说明了如何计算有功电源功率。
 
示例1
 
GD75232收发器拥有三个驱动器和五个接收器。VDD = 9V,VSS = -9V且VCC = 5V。最大电源电流分别为15mA、15mA和30mA。最大空载功率为9V × 15mA + -9V × -15mA + 5V × 30mA = 420mW。这是静态(空载)功率。
 
数据流是120k波特的交替位模式,线缆电容为2500pF,远程接收器的电阻为3千欧(kΩ)。RS-232驱动器电压为7.5V。
 
将示例参数代入方程式3,计算出负载电流。
 
I = 3个通道 ×7.5V/3000kΩ+ 4 × 120kbps/2 × 2500pF × 7.5V = 12mA
 
由于该电流来自VDD或VSS,所以支持该负载所需的电源功率为9V × 12mA = 108mW。
 
总功率等于空载(静态)功率(420mW)加上有功功率(108mW)—— 计算出的总功率值为528mW。
 
示例2
 
TRS3232E多通道RS-232线路驱动器/接收器拥有两个驱动器和两个接收器。VCC = 5V。空载ICC最大值为1mA。
 
该器件拥有一个电容器充电泵,通过消耗电流既可提升电压也可使电压反相。如果产品说明书中有两个额定负载值,那么您就可以计算出该充电泵的效率,但产品说明书中没有这样的技术规格。在这种情况下,您必须根据经验来测量有功电流。功耗会随数据流的频率和线缆电容以及接收器输入电阻而变化。请看下面的示例:
对RS232器件有功电流技术规格的解析
                                                  图1:TRS3232E的功耗与频率(每通道电阻为3kΩ)
 
之前基于TTL的RS-232器件无有功电流技术规格 —— 这没多大关系,因为在三电源拓扑结构中有功功率的计算很容易。后来单电源充电泵RS-232器件延续了“产品说明书上无有功功率技术规格”的思路,但这种想法有误,原因是您无法仅根据产品说明书来计算功率。无论什么情况下产品说明书未提供足够的信息,均可访问TI E2E™社区RS-232论坛寻求帮助。

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发布日期:2019年03月03日  所属分类:参考设计