计算MAX14819双通道IO-Link主收发器的功耗

MAX14819双通道IO-Link主收发器是一款相对低功耗的器件，集成多种功能，包括双路传感器电源控制器、IO-Link收发器和工业数字输入。在开发高端口IO-Link主解决方案时，了解收发器的功耗以管理模块中的热量非常重要。本应用笔记讨论了MAX14819在多种工作模式下增加功耗的因素，并附有Excel电子表格功耗计算器，用于快速计算。

介绍

MAX14819是低功耗、双通道、IO-Link主收发器，为IO-Link提供可靠的接口 恶劣工业环境中的通信。随着模块尺寸变小，传感器和执行器密度变小 在生产车间持续上升，管理工业传感器、执行器及其 确保系统长期可靠性。®

MAX14819具有两个SPI可配置、IO-Link兼容CQ收发器，支持标准输入和 输出 （SIO） 作为类型 1/类型 3 数字输入运行，允许在多种模式下运行，包括 SIO 模式， 数字输入 （DI） 和数字输出模式，以及 IO-Link 模式。该 IC 还包括两个 L+_ 限流器 传感器电源控制器。根据操作模式和IC的配置，功率 正常工作期间的耗散各不相同。

本应用笔记讨论了MAX14819在正常情况下增加功耗的因素 操作并包括一个Excel电子表格功耗计算器 计算MAX14819功耗以便快速计算。

总功耗概述

为了计算MAX14819的总功耗，需要考虑多种设置和系数。总体而言，总功耗 （PDIS） 可以包括以下任何一项：

静态功率

5V 稳压器电源

CQ_驱动器中的功耗

CQ_接收器的功耗

DI 输入中的功耗

其他因素也会增加一些功耗，包括LED灌电流;但是，这些被认为是 最小，在大多数情况下可以忽略。它们未计入MAX14819功耗计算表。

静态电源：使用内部稳压器或外部稳压器

MAX14819集成稳压器，在V上产生5V电压5针。该稳压器可以启用 （REG = 打开/未连接）或禁用 （REG = GND）。V 上必须存在 5V5用于设备工作的引脚 通常。因此，如果内部稳压器被禁用，则必须由外部 5V 电源向 V 提供 5V 电压。5针。 MAX14819的静态功耗根据该稳压器的使能或禁用而变化很大。

启用时，并假设 V 上没有负载5、静态功率（PQ_EN） 可以计算为：

PQ_EN = (VCC x ICC_EN) + ([VCC – V5] x IV5_LOAD)

请注意，5V稳压器可以驱动高达20mA的外部负载。从这个公式可以清楚地看出，稳压器输出（V5）上的任何外部负载都会显著增加功耗。

示例：假设典型的IO-Link电源电压为24V，V5没有施加外部负载。使用此配置，最大静态功耗为：

PQ_EN = (24V × 1.9mA) + ([24V – 5V] × 0mA)

PQ_EN = 43.2mW

当内部稳压器被禁用时，静态功耗（PQ_DIS） 包括两个因素：功率 由于 V 上的电源引起的耗散抄送引脚和V电源引起的功耗5针：

PQ_DIS = PCC + PLDO5

PQ_DIS = (VCC × ICC_DIS) + (V5 x I5)

从IC数据手册中，V抄送电源电流从 1.8mA （典型值） 降至 0.4mA （典型值），V5 静态电流 约为1.4mA。假设相同的 V抄送上述计算中使用的条件，PQ_DIS功率是：

PQ_DIS = (VCC × ICC_DIS) + (V5 × I5)

PQ_DIS = (24V × 0.4mA) + (5V × 1.4mA) = 9.6mW + 7mW = 16.6mW

不同工作模式的功耗计算

SIO DO Mode （CQA/CQB）

标准数字输出由IEC 61131-2标准定义。MAX14819 CQ_I/O可配置为 在此模式下运行。当使用CQ_通道作为标准数字输出（SIO DO）时，重要的是包括 功率计算中选定的CQ_电流限制。在这种模式下，CQ_驱动器的功耗 （PCQ_D） 可以计算为：

PCQ_DO= （R上× ICQLOAD2)

请注意，此计算假定只有一个驱动程序在 SIO DO 模式下运行。如果两个驱动器都为此模式配置，则功耗需要乘以系数2。

将驱动器的功耗与静态功耗相加，MAX14819在SIO DO模式下的总功耗计算如下：

P总= PQ+ PCQ_DO

其中 PQ是静态功耗（参见“静态功耗：使用内部稳压器或 外部稳压器“部分），并启用内部稳压器（PQ_EN） 或禁用 （PQ_DIS），取决于 所选配置。请注意，如果两个驱动器都为此模式配置，则CQ驱动器中的功耗需要乘以系数2。

示例：使用带有内部稳压器的 24V 电源（无外部负载），并使用 CQA 和 CQB 进行 200mA 负载电流的 SIO DO 操作，总功耗为：

PTOTAL = (VCC × ICC_EN) + [2 × (RON × ICQLOAD2)]

PTOTAL = (24V × 1.8mA) + [2 × (1Ω × 200mA)2] = 43.2mW + 80mW

PTOTAL = 123.2mW

SIO DI 模式 （CQA/CQB 和 DIA/DIB）

标准数字输入 （SIO DI） 由 IEC 61131-2 标准定义。MAX14819支持1型和3型 CQ_和DI引脚的特性 在SIO DI模式下使用CQ_和/或DI_通道时，重要的是 在功率计算中包括选定的吸电流。CQ_或DI_接收器输入中的功耗 此模式，PCQ_DI，计算公式为：

PCQ_DI = (VCQ_OR_DI × ISINK)

请注意，此计算仅适用于一个输入。如果使用多个输入 （例如，两个CQ_通道都配置为SIO DI输入），此值应乘以数字 启用的输入。

将接收器中的功耗与静态功耗相加，总功耗为 SIO DI模式下MAX14819的计算公式为：

P总= PQ+ PCQ_DI

其中 PQ是静态功耗（参见“静态功耗：使用内部稳压器或外部稳压器 上文“调节器”部分），使能内部稳压器（PQ_EN） 或禁用 （PQ_DIS），取决于 选定的配置。请注意，如果两个驱动器都为此模式配置，则CQ驱动器中的功耗需要乘以系数2。

示例：使用带有内部稳压器的 24V 电源（无外部负载），并在使能 2.5mA （典型值） 吸电流的情况下为 SIO DI 操作配置 CQA 和 CQB，总功耗为：

PTOTAL = (VCC × ICC_EN) + [2 × (VCQ × ISINK)]

PTOTAL = (24V × 1.8mA) + [2 × (24 × 2.5mA)] = 43.2mW + 120mW

PTOTAL = 163.2mW

IO 链路模式 （CQA/CQB）

当MAX14819工作在IO-Link模式时，CQ_通道既可用作接收器（带有用于对线路放电的吸电流），又用作线路驱动器。CQ吸电流必须考虑CQ接收器输入被拉高的时间百分比。但是，因为CQ驱动器输出 驱动高阻抗，驱动器的I2R上对于此计算，功耗可以忽略不计。CQ I/O中的功耗，PIO_LINK，在此模式下的计算公式为：

PIO_LINK = %TIME HIGH × (VCQ × ISINK)

请注意，此计算仅适用于一个 I/O。如果两个通道都用于 IO-Link 通信，则此值应乘以系数 2。

将IO-Link I/O中的功耗与静态功耗相加，MAX14819在IO-Link模式下的总功耗计算如下：

PTOTAL = PQ + PIO-LINK

其中 PQ是静态功耗（参见“静态功耗：使用内部稳压器或外部稳压器 上文“调节器”部分），使能内部稳压器（PQ_EN） 或禁用 （PQ_DIS），取决于 选定的配置。请注意，如果两个驱动器都配置为IO-Link通信，则CQ I/O中的功耗需要乘以系数2。

示例：使用带内部稳压器的 24V 电源（无外部负载），并将 CQA 和 CQB 配置为 IO-Link 操作，使能 5.8mA （典型值） 吸电流（假设CQ_接收器被拉高 20% 通信期间的时间），总功耗为：

PTOTAL = (VCC × ICC_EN) + [2 x (0.2 × VCQ × ISINK)]

PTOTAL = (24V × 1.8mA) + [2 × 0.2 x (24 × 5.8mA))] = 43.2mW + 55.7mW

PTOTAL = 98.9mW

外部组件的功耗

MAX14819采用外部p沟道MOSFET和检测电阻用于L+A和L+B电源控制器。 可能需要L+线路提供大量电力，因此在以下情况下应特别注意 选择这些外部组件以最大限度地降低功耗。L+线的功耗（PL+） 包括检测电阻 （R意义） 和 FET 中的功耗：

PL+ = [IL+LOAD2 × (RSENSE + (2 × RON_FET))]

此计算适用于一个 L+ 电源控制器。如果两个控制器都已启用，则乘以 2。

示例：假设电源负载电流为500mA L+，电流限值设置为1A （R意义= 15mΩ），并使用 安森美半导体NTTFS5116PL p沟道MOSFET线路中，L+A或L+B的外部元件功耗如下：

PL+ = [IL+LOAD2 × (RSENSE + (2 × RON_FET))]

PL+ = [500mA2 × (15m + (2 × 37mΩ))] = 22.2mW per channel

使用计算MAX14819功耗计算器

计算MAX14819功耗 计算器有助于简化使用MAX14819时的功耗计算。若要有效地使用计算器，请执行以下步骤：

选择MAX14819电路的电路配置：内部稳压器或外部稳压器。 内部稳压器已启用（REGEN 打开）：使用标记为INT_REG内部稳压器已禁用 （REGEN = GND） 的电子表格，用于 V5 的外部稳压器：使用标记为 EXT_REG 的电子表格。

在“输入”部分的黄色框中输入电路的电压、电流和电阻值。 请注意，包括两列：TYP 和 MAX。 在 MAX 列中输入最坏情况/最高功耗值的最大值。

在通道模式选择部分中输入用于每个配置的通道数。输入电压、电流、电阻和通道数值后，在输出部分自动计算功耗值。

要计算电路中的总功耗：选中“输出”部分中适用于最终电路的每一行旁边的框。这些行中的值将添加到“输出”部分底部的“总计”计算中。

计算器还包括第三个电子表格：PKG。此表旨在作为包装和 设备的热特性。还包括一个简单的结温计算器。进入热能 黄色框中的特性用于计算MAX14819的结温。

审核编辑：郭婷