在电子系统里，电源模块承担着极为关键的功能。它的运行状况不仅影响着系统在启动、关闭以及稳态运行等不同工作模式下的表现，而且在系统发生故障时也起着重要作用，这对于实现功能安全应用中的安全状态而言至关重要。需要着重指出的是，系统性能力是满足基本功能安全标准的三项关键要求之一，该要求主要聚焦于预防和控制系统性故障，这类故障通常是由设计缺陷、技术规格偏差以及管理流程不善等因素所引发。因此，解决电源的系统性故障显得尤为必要。
　　为了消除电源引发的系统性故障，需要选用正确的技术规格，提供必要的时序控制，并保证负载始终在其裕量范围内运行。就像在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，它们是安全相关系统中极易受到影响的元器件。当系统复位且涉及自动重启这些子系统的电源时，这些元器件可能会遭受损坏。
　　对于图像传感器来说，不完整的上电或关断周期会使电路承受电气应力。当系统关断时，图像传感器的电源也应尽快切断，这样图像传感器才能在理想条件（即电路中没有残留电压）下迅速重新启动。若传感器由典型线性稳压器供电，即便稳压器的电源关闭，稳压器的输出通常也会由输出电容维持，导致图像传感器依然保持通电状态，这可能会干扰系统预期的关断和开启操作。例如，图 2 展示了一个输出电压为 3.3 V、输出电容为 10 ?F 的电源示例，利用 LTspice 进行仿真，此示例在 10 kΩ 负载下的放电时间为 160 ms。

　

　　图 1. 自主移动机器人 (AMR) 子系统示例
　　为了确保关断时输出电压能够完全放电，一种有效的方法是使用输出放电功能。对于那些需要电源时序和更快关断时间的应用而言，这类功能是必不可少的，它能够在系统关断时处理电源轨的浮地输出，从而缓解电源循环过程中可能出现的问题。图 3 呈现了有输出放电功能和无输出放电功能的输出电压曲线示例。

　

　　图 2. 电源示例：(a) LDO；(b) 输出电压放电时间
　　在近的电源管理设计中，越来越多的低压差 (LDO) 稳压器引入了附加功能，其中电源良好信号 (PGOOD) 已成为一项常见功能。PGOOD 信号是 LDO 的一种状态输出，通常用于告知系统输出电压已达到并正在保持适当的稳压值。不过，大多数 LDO PGOOD 输出采用的开漏 MOSFET 主要用于辅助管理任务，只能吸收少量电流，并不适合直接从输出电容中吸收大电流，尤其是在 LDO 禁用或关断时输出需要快速放电的情况下。若强行使用它来承载大电流，可能会损坏器件，或者根本无法实现。

　

　　图 3. 输出放电操作
　　更稳健的解决方案是将 PGOOD 信号与外部 MOSFET 电路结合，形成受控放电路径。此电路使用放电电阻 R1，该电阻决定了输出电容的放电速度。设计人员可以根据所需的放电时间来确定电阻的大小，较大的电阻会使电容放电更慢，而较小的电阻则会加快放电速度。在这种配置中，MOSFET Q1 用作放电开关，当通过使能引脚 (EN) 禁用转换器时，此开关导通。同时，Q2 负责反转来自 LDO 的 PGOOD 信号的逻辑，确保 Q1 以正确的时序激活。这种设置可实现完全定制的有源放电电路，能够根据 LDO 的状态作出适当响应。采用这种方法，任何配备 PGOOD 引脚的 LDO 都能有效地新增外部有源输出放电功能，为设计人员提供了极大的灵活性，使其能够微调电源轨的放电曲线。然而，其代价是需要使用外部元件，从而增加了成本和电路板占用空间。尽管如此，在需要控制放电的应用中，这仍然是一种有价值且可定制的解决方案。

　

　　图 4. PGOOD 信号演示：(a) 置为有效时；(b) 置为无效时
　　为了在不借助外部电路的情况下满足这一需求，ADI 公司提供了集成有源放电功能的 LDO 解决方案。例如，LT3063 内置了有源输出放电机制，可简化设计过程，减少元件数量，节省 PCB 空间，同时还能实现快速放电。使用该器件可实现 0.5 ms 的放电时间，与使用外部 MOSFET 电路的示例相比，改善效果明显。

　　图 5. (a) 利用 LT3045 的 PGOOD 信号来触发外部 MOSFET，实现放电电路；(b) 在 10 kΩ 负载下，放电时间为 3.2 ms
　　在安全关键应用中，为了实现更高的可靠性和足够的独立性，采用单独的监控电路。LTC2928 等电源时序控制器集成了过压和欠压监控功能，可确保符合功能安全要求，同时支持电源时序控制和输出放电。其他具有输出放电功能的监控电路还包括 MAX16050 和 MAX16051。

　　图 6. (a) LT3063 示例电路；(b) 在 10 kΩ 输出负载下，放电时间为 0.5 ms
　　综上所述，为了选择合适的方法来解决电源输出的放电性能问题，需要对设计要求和工作条件进行全面评估。实现有源输出放电的多种方法各有优劣。在需要较高输出电压或灵活性的应用中，通常外部 MOSFET，但设计人员需要接受更高的成本、更大的电路板占用空间和逆变电路带来的额外功耗。对于低功耗或空间受限的设计而言，集成解决方案通常是选择，无需额外的元件，还能降低功耗，不过这类方案的可用性较为有限，因为只有某些 LDO 支持此特性。此外，监控电路非常适合具有多个输出轨且注重电源时序的系统，虽然其 MOSFET 灌电流有限，对于大输出电容而言效果可能不太理想，但在注重时序控制、系统协调及功能安全独立性的应用场景中，监控电路仍是很好的选择。总之，选择何种方法，取决于方法的优势是否与应用对输出电压、空间、放电时间和时序控制的特定要求相契合。

　

　　图 7. (a) LT2928 示例电路；(b) 在 10 kΩ 负载下，放电时间为 6.5 ms