电源模块在电子系统中提供最关键的功能之一，其行为直接影响系统在不同运行模式下的表现——包括上电、掉电、稳态运行以及故障发生时。这在实现功能安全应用的安全状态时尤为关键。

需注意，符合基础功能安全标准的三项核心要求之一就是系统性能力。这项要求侧重于预防和控制系统性故障，这类故障源于设计缺陷、规格错误或管理流程不当。基于此，必须解决电源系统可能引发的系统性故障。

消除电源导致的系统性故障，需要采用正确的规格设计、提供必要的时序控制，并确保负载始终在容限范围内运行。如图1所示，传感器子系统中的图像传感器和逻辑子系统中的微控制器是安全相关系统中最敏感的组件之一。若系统复位涉及自动重启此类子系统的电源，则可能导致组件损坏。

图1

对图像传感器而言，不完整的上电或掉电周期会对其电路造成压力。当系统关闭时，图像传感器的电源也应尽快关闭，以便成像器能在理想条件下迅速重启，即电路中无残留电压。

若传感器由典型的线性稳压器供电，即使稳压器输入电源关闭，其输出端通常仍被输出电容维持电压，导致图像传感器持续带电，可能破坏系统既定的关断与启动性能。图2展示了一个电源示例：其输出电容为10µF，输出电压为3.3V。通过LTspice®仿真可见，在10kΩ负载下，其放电时间达160毫秒。

图2

使用输出放电功能

确保关闭时输出电压完全放电的方法之一是采用输出放电功能。该功能在需要精确电源时序控制和更快关断时间的应用中必不可少，它能解决系统掉电时电源轨浮空的问题，缓解电源循环期间可能出现的故障。

图3展示了启用与禁用输出放电功能时的输出电压曲线对比。

图3

外接mosfet构成放电电路

在近年来的电源管理设计中，越来越多的低压差(LDO)稳压器集成了附加功能，其中电源良好信号(PGOOD)日益常见。PGOOD信号是LDO的状态输出，通常用于向系统指示输出电压已达到并保持稳定调节。

在大多数实现方案中，该信号来自开漏MOSFET，其状态随稳压器状态改变。当LDO输出处于调节范围内时，PGOOD MOSFET关闭，引脚呈现高阻抗，使PGOOD输出引脚被上拉至高电平(如图4a)。而当输出异常时，MOSFET导通，通过低阻抗路径将PGOOD引脚拉低(如图4b)。这种配置使PGOOD信号能轻松适配不同逻辑电平与供电电压，具备高度通用性。

图4

但这也带来了设计挑战。由于大多数LDO的PGOOD输出采用的开漏MOSFET主要用于状态指示，其电流吸纳能力很小，不适合直接从输出电容吸纳大电流——尤其当目标是LDO禁用或关闭时快速放电。强行操作可能导致器件损坏或效果甚微。

更稳健的方案是利用PGOOD信号配合外接MOSFET电路构建受控放电路径。如图5所示，该电路采用放电电阻R1决定输出电容的放电速度。设计者可根据目标放电时间选择阻值：阻值越大放电越慢，阻值越小放电越快。此电路中，MOSFET Q1作为放电开关，在通过使能引脚(EN)禁用转换器时导通;同时Q2负责反转LDO的PGOOD信号逻辑，确保Q1的导通时序准确。这种配置形成了可完全定制、响应LDO状态的有源放电电路。

图5

通过这种方法，任何配备PGOOD引脚的LDO都能升级为具有外部有源输出放电功能的设计，使设计者能灵活调节电源轨的放电特性。代价则是外部元件带来的成本增加与板面积占用。然而在需要精确放电控制的应用中，这仍是一种有价值且可定制的解决方案。

采用集成解决方案

为满足需求而无需外部电路，亚德诺半导体提供了集成有源放电功能的LDO解决方案。例如LT3063内置有源输出放电机制，可简化设计流程、减少元件数量、节省PCB面积，同时提供快速放电性能。图6显示该器件可实现0.5毫秒的放电时间，较图5方案有显著提升。

图6

使用监控电路

在安全关键型应用中，独立的监控电路因能提供更高可靠性和充分独立性而备受青睐。例如LTC2928等电源时序控制器集成了符合功能安全要求的过压/欠压监控、电源时序控制和输出放电功能(示例电路见图7)。其他具备输出放电功能的监控电路还包括MAX16050和MAX16051。

图7

结论

选择适合的电源输出放电方案需要全面评估设计要求和运行条件。各类有源输出放电实现方法各有其独特优势与权衡。

特定解决方案在特定输出或应用场景下可能更有效，而另一种方法在不同条件下可能表现更优。因此，理解每种技术的特性与局限性对实现最佳方案至关重要。

外接MOSFET方案通常适用于需要更高输出电压或最大灵活性的应用，但设计者需接受其带来的成本增加、板面积占用以及反相电路导致的额外功耗。

对于低功耗或空间受限的设计，集成方案往往是首选，因其无需额外元件且避免额外功耗，但可选型号有限，仅部分LDO提供此功能。监控电路则特别适合多路输出且电源时序控制至关重要的系统——尽管其MOSFET吸纳电流有限，不适用于大输出电容的场景，但在时序控制、系统协调及功能安全所需的独立性方面表现卓越。

总之，方案选择应基于具体应用的输出电压、空间限制、所需放电时间及时序要求，匹配最合适的技术优势。