不要讓電源電壓浮動(dòng)，通過(guò)快速輸出放電關(guān)閉輸出電壓

1.前言

      當(dāng)半導(dǎo)體將快速輸出放電 (QOD) 列為一項(xiàng)功能時(shí)，它會(huì)在設(shè)備禁用（或處于“關(guān)閉”狀態(tài)）時(shí)快速放電。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng) V OUT與 V IN斷開(kāi)時(shí)，V OUT將通過(guò)內(nèi)部電路連接到地，防止輸出“浮動(dòng)”或進(jìn)入不確定狀態(tài)。圖 1 顯示了 QOD 電路的簡(jiǎn)化框圖。

圖 1：負(fù)載開(kāi)關(guān)框圖，藍(lán)色 QOD 電路，顯示放電 FET、逆變器和從 V OUT到地的放電路徑。軟啟動(dòng)電容器也顯示為藍(lán)色。

將 QOD 功能添加到系統(tǒng)的主要好處很簡(jiǎn)單：當(dāng)設(shè)備禁用時(shí)，啟用 QOD 的設(shè)備的V OUT上的任何電源軌都將處于已知的“零”或“關(guān)閉”狀態(tài)。這可確保在我們設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)——尤其是在計(jì)算電源排序的時(shí)序時(shí)——沒(méi)有任何電源軌懸空。了解系統(tǒng)中所有電源軌的狀態(tài)（并且由于 QOD，知道它們實(shí)際上是關(guān)閉/接地的），可以讓我們減少設(shè)計(jì)中“變量”的數(shù)量，降低我們的設(shè)計(jì)無(wú)法正常工作的風(fēng)險(xiǎn)故意的。

2.如何在電源設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)快速輸出放電

實(shí)現(xiàn) QOD 的最簡(jiǎn)單方法是包含一個(gè)已在內(nèi)部集成功能的設(shè)備。例如，圖 2 顯示了TPS22915負(fù)載開(kāi)關(guān)如何實(shí)現(xiàn) QOD。

TPS22914/15 是一款小型、低 RON、具有受控壓擺率的單通道負(fù)載開(kāi)關(guān)。此器件包括一個(gè) N 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)，可在 1.05 V 至 5.5 V 的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)行并可支持 2A 的最大持續(xù)電流。此開(kāi)關(guān)由一個(gè)開(kāi)關(guān)輸入控制，能夠直接連接低電壓控制信號(hào)。

小尺寸和低 RON 使得此器件非常適合于空間受限、電池供電類(lèi)應(yīng)用。此開(kāi)關(guān)的寬輸入電壓范圍使得它成為針對(duì)很多不同電壓軌的多用途解決方案。器件的受控上升時(shí)間大大減少了由大容量負(fù)載電容導(dǎo)致的涌入電流，從而減少或消除了電源消耗。通過(guò)集成一個(gè)在開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)實(shí)現(xiàn)快速輸出放電 (QOD) 的 143Ω 下拉電阻器，TPS22915 進(jìn)一步減少了總體解決方案尺寸。

圖 2：TPS22915 的簡(jiǎn)化框圖，概述了 QOD 電路

所有具有 QOD 功能的負(fù)載開(kāi)關(guān)都在 VOUT 引腳和接地引腳 (GND) 之間包含一個(gè)額外的 FET，如圖 2 中的虛線(xiàn)輪廓所示。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下拉電阻，以將VOUT快速放電到地。雖然某些器件（例如 TPS22919 和 TPS22918）允許我們放置自己的放電電阻器，但大多數(shù)具有集成的固定 QOD 電阻。由于每種產(chǎn)品的 QOD 電阻會(huì)有所不同，因此我們可以使用公式 1 來(lái)計(jì)算特定斷電排序應(yīng)用所需的準(zhǔn)確 QOD 電阻。 

其中 V f是最終的 V OUT電壓；V o是初始 V OUT電壓；R為輸出放電電阻值；C 是 V OUT上的輸出大容量電容。

我們可以將 QOD 添加到尚未集成此功能的設(shè)備嗎？在某些情況下，我們可以多路復(fù)用設(shè)備的某些引腳以提供附加功能。一個(gè)這樣的例子是的BFET銷(xiāo)TPS25924的eFuse。TPS25924x 系列電子熔絲是采用小型封裝的高度集成電路保護(hù)和電源管理解決方案。 該器件使用極少的外部組件并可提供多重保護(hù)模式。 它們能夠有效地防止過(guò)載、短路、電壓浪涌、過(guò)高浪涌電流和反向電流。

電流限制級(jí)別可通過(guò)一個(gè)外部電阻設(shè)定。 內(nèi)部鉗位電路可將過(guò)電壓限制在一個(gè)安全的固定最大值，無(wú)需使用外部組件。

該引腳通常驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部阻塞 FET，以保護(hù)系統(tǒng)免受反向電流的影響，如圖 3 所示。

圖 3：通過(guò) TPS25924 的 BFET 引腳上的外部阻塞 FET 添加反向電流保護(hù)

即使未集成，我們也可以重新配置此引腳以提供 QOD 功能。這可以通過(guò)一個(gè)非常相似的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 3 所示，用放電電阻器（圖 4 中的R DCHG）代替阻塞 FET 。

圖 4：使用 TPS25924 的 BFET 引腳添加 QOD 功能

請(qǐng)記住，雖然 QOD 在大多數(shù)情況下是有益的，但它并不總是有益的。在電源多路復(fù)用應(yīng)用中，QOD 電路會(huì)在多路復(fù)用器的輸出端創(chuàng)建一條恒定的接地路徑。此外，如果超級(jí)電容器位于電源開(kāi)關(guān)的輸出端，則該開(kāi)關(guān)最好沒(méi)有 QOD！如果它確實(shí)有 QOD，它將耗盡超級(jí)電容器的存儲(chǔ)電荷，浪費(fèi)能源。