在电子系统中，电源模块扮演着至关重要的角色，其性能表现直接影响着系统在启动、关闭以及稳态运行等不同工作模式下的状态，同时在故障发生时也起着关键作用，这对于实现功能安全应用中的安全状态尤为重要。需要强调的是，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，该要求着重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引发的。因此，解决电源的系统性故障成为了电子系统设计中不容忽视的问题。
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，并确保负载始终在其裕量范围内运行。以自主移动机器人（AMR）的传感器子系统和逻辑子系统为例，其中的图像传感器和微控制器是安全相关系统中较为脆弱的元器件。若系统复位时涉及自动重启这些子系统的电源，很可能会导致元器件损坏。
对于图像传感器而言，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，图像传感器的电源应尽快关闭，以确保其能在理想条件下（即电路中无残留电压）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，其输出通常仍会由输出电容维持，致使图像传感器保持通电状态，这可能会干扰系统预期的关断和开启操作。以一个输出电压为 3.3 V、输出电容为 10 ?F 的电源为例，利用 LTspice 进行仿真，在 10 kΩ 负载下的放电时间为 160 ms。
使用输出放电功能
为确保关断时输出电压完全放电，可采用输出放电功能。对于需要电源时序和更快关断时间的应用，该功能不可或缺，它能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。以下是有输出放电功能和无输出放电功能的输出电压曲线示例。
添加外部 MOSFET 作为放电电路
在近期的电源管理设计中，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）成为了常见功能之一。PGOOD 信号是 LDO 的一种状态输出，用于告知系统输出电压已达到并维持在适当的稳压值。在大多数实现方式中，此信号来自一个开漏 MOSFET，其状态会随稳压器的状态而改变。当 LDO 输出处于稳压范围内时，PGOOD MOSFET 关断，引脚处于高阻抗状态，PGOOD 输出引脚被拉高；当输出超出范围时，MOSFET 导通，通过低阻抗路径将 PGOOD 引脚拉低。这种配置使 PGOOD 信号能轻松与不同的逻辑电平和电源电压连接，具有良好的通用性和广泛的适用范围。
然而，这也带来了设计挑战。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，不适合直接从输出电容中吸收大电流，特别是在 LDO 禁用或关断时输出需要快速放电的情况下。若强行使用其承载大电流，可能会损坏器件或无法正常工作。
更可靠的解决方案是将 PGOOD 信号与外部 MOSFET 电路结合，形成受控放电路径。该电路使用放电电阻 R1，其阻值决定了输出电容的放电速度。设计人员可根据所需的放电时间确定电阻大小，较大的电阻会使电容放电更慢，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，开关导通；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。但缺点是需要使用外部元件，会增加成本和电路板占用空间。不过，在需要控制放电的应用中，这仍是一种有价值且可定制的解决方案。
实现集成解决方案
为了在不借助外部电路的情况下满足需求，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，同时实现快速放电。使用该器件可实现 0.5 ms 的放电时间，与外部 MOSFET 方案相比，改善效果显著。
在安全关键应用中，为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。此外，还有 MAX16050 和 MAX16051 等具有输出放电功能的监控电路。
