如何计算有功电源功率

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。

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：

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。

审核编辑：彭菁