如何讓“下電”變得干凈利落

我們生活中的各種電器，其電源可能每天都要經(jīng)歷“下電”的過程，比如關(guān)燈、電腦關(guān)機、關(guān)電視、關(guān)空調(diào)等。電源需要穩(wěn)定的關(guān)機過程，即電源平穩(wěn)地將輸入電壓（VIN）降至0V，這樣可以避免意外的過沖。而要判斷電源“下電”是否穩(wěn)定，可以細分成 3 點：單調(diào)下降無回勾、無負過沖、無反彈，就像這樣。

這 3 點也對應(yīng)著 3 種典型波形，分別命名為 R、G、B, 它們組成了各種各樣的奇怪波形。

R 類波形 

圖 1: R 類波形

這類波形可以再分成 I 型和 II 型：

R 類 I 型 是由于 DC-DC 重啟造成的，由于輸出電壓下跌，當(dāng)降到負載的帶載電壓時，其電流會突然減小，這時 DC-DC 的輸入端線路感抗上的多余能量無處釋放，最終會將輸入電壓抬起，超過 DC-DC 芯片工作點之后， DC-DC 重新工作，導(dǎo)致下電波形出現(xiàn)回勾，不單調(diào)。只要檢測 SW 端有沒有 Switch，就能判斷是否屬于此類。 

圖 2: R 類 I 型線路寄生感抗

此類波形相對比較好處理，通常 DC-DC 芯片的規(guī)格書都會對啟動和回差電壓做規(guī)定。比如 MPS 公司的 MPM3683-7： 

圖 3: MPM3683-7 規(guī)格

所以我們可以通過以下兩種方法，讓 DC-DC 穩(wěn)穩(wěn)地剎住車：

1. 減小輸入電壓反彈，比如優(yōu)化輸入濾波，減小輸入感抗，選擇更大容值，更小 ESR/L 的輸入電容，并讓輸入電容盡量靠近電源芯片端。

2. 通過合理設(shè)置 EN 上下分壓電阻使得輸入下跌至 UVLO 前，關(guān)閉 EN，徹底打消 DC/DC 開關(guān) Switching 重啟的念頭。

R 類 II 型

是由于負載突然減小，DC-DC 內(nèi)部輸出電感或者輸出線路電感存儲的多余能量無處釋放，最終會將輸出電壓短時抬高。 

圖 4: R 類 II 型線路

此類沒有更好的解法，只能是靠優(yōu)化線路，降低線路上的感抗，增大負載端電容來壓低反彈。

G 類波形 

圖 5: G 類波形

它也可以再分為 I 型和 II 型：

G 類 I 型

I 型是由于 Buck 電路下管在下電的時候沒有關(guān)斷，電感電流持續(xù)反向造成的，此種情況在空載或輕載時較為常見；為了避免此類問題，通常芯片會在關(guān)機時增加過零點檢測，判斷下管電流反向過0時主動關(guān)斷下管，通常稱為 ZCD 點, 此舉能有效阻止關(guān)機時產(chǎn)生負向過沖。 

圖 6: 防止 G 類 I 型的負過沖

G 類 II 型

是由于輸出線路寄生感抗造成的，此種情況在重載或者輸出短路故障時更易出現(xiàn)。此時我們就需要盡量減小輸出線路感抗，增加負載端電容，并使其更靠近負載來減輕癥狀。 

圖 7: 降低 G 類 II 型線路寄生感抗

B 類波形 

圖 8: 重載下的 B 類波形

此類波形經(jīng)常出現(xiàn)在重載關(guān)機時，所以往往會被誤認為跟 R 類波形類似，都是線路感抗造成的。但是，這個反彈出現(xiàn)的時間非常晚，線路感抗的影響通常都是 us 級的，而對比此類輸入電壓波形，你會發(fā)現(xiàn)第一次關(guān)機后，其反彈的速率非常慢，達到 ms 級，甚至幾十 ms！

此類波形的出現(xiàn)機理跟 R 類、G 類是完全不一樣的，其來源于電介質(zhì)的吸收效應(yīng)。如果輸入電容的放電電流開始很大，突然切到基本為 0，電容器中的電介質(zhì)會將之前吸收的部分電荷再緩慢釋放，當(dāng)其再次達到電源芯片的開機電壓點時，就會造成輸出電壓反彈。

這種情況也可以通過 EN 下電，來提高輸入電壓的欠壓保護點和保護回滯，如 R 類 I 型波形的處理方法，使其反彈電壓不至于高過開機點而造成重啟?；蛘咧苯蛹右恍╈o態(tài)負載來消耗這部分電荷，都是能夠解決問題的。

結(jié)語

本文分析了電源下點過程中的三種不同類型的下電波形，以及如何優(yōu)化這三種波形從而提高穩(wěn)定性和防止負過沖。