如何让“下电”变得干净利落

我们生活中的各种电器，其电源可能每天都要经历“下电”的过程，比如关灯、电脑关机、关电视、关空调等。电源需要稳定的关机过程，即电源平稳地将输入电压（VIN）降至0V，这样可以避免意外的过冲。而要判断电源“下电”是否稳定，可以细分成 3 点：单调下降无回勾、无负过冲、无反弹，就像这样。

这 3 点也对应着 3 种典型波形，分别命名为 R、G、B, 它们组成了各种各样的奇怪波形。

R 类波形 

图 1: R 类波形

这类波形可以再分成 I 型和 II 型：

R 类 I 型 是由于 DC-DC 重启造成的，由于输出电压下跌，当降到负载的带载电压时，其电流会突然减小，这时 DC-DC 的输入端线路感抗上的多余能量无处释放，最终会将输入电压抬起，超过 DC-DC 芯片工作点之后， DC-DC 重新工作，导致下电波形出现回勾，不单调。只要检测 SW 端有没有 Switch，就能判断是否属于此类。 

图 2: R 类 I 型线路寄生感抗

此类波形相对比较好处理，通常 DC-DC 芯片的规格书都会对启动和回差电压做规定。比如 MPS 公司的 MPM3683-7： 

图 3: MPM3683-7 规格

所以我们可以通过以下两种方法，让 DC-DC 稳稳地刹住车：

1. 减小输入电压反弹，比如优化输入滤波，减小输入感抗，选择更大容值，更小 ESR/L 的输入电容，并让输入电容尽量靠近电源芯片端。

2. 通过合理设置 EN 上下分压电阻使得输入下跌至 UVLO 前，关闭 EN，彻底打消 DC/DC 开关 Switching 重启的念头。

R 类 II 型

是由于负载突然减小，DC-DC 内部输出电感或者输出线路电感存储的多余能量无处释放，最终会将输出电压短时抬高。 

图 4: R 类 II 型线路

此类没有更好的解法，只能是靠优化线路，降低线路上的感抗，增大负载端电容来压低反弹。

G 类波形 

图 5: G 类波形

它也可以再分为 I 型和 II 型：

G 类 I 型

I 型是由于 Buck 电路下管在下电的时候没有关断，电感电流持续反向造成的，此种情况在空载或轻载时较为常见；为了避免此类问题，通常芯片会在关机时增加过零点检测，判断下管电流反向过0时主动关断下管，通常称为 ZCD 点, 此举能有效阻止关机时产生负向过冲。 

图 6: 防止 G 类 I 型的负过冲

G 类 II 型

是由于输出线路寄生感抗造成的，此种情况在重载或者输出短路故障时更易出现。此时我们就需要尽量减小输出线路感抗，增加负载端电容，并使其更靠近负载来减轻症状。 

图 7: 降低 G 类 II 型线路寄生感抗

B 类波形 

图 8: 重载下的 B 类波形

此类波形经常出现在重载关机时，所以往往会被误认为跟 R 类波形类似，都是线路感抗造成的。但是，这个反弹出现的时间非常晚，线路感抗的影响通常都是 us 级的，而对比此类输入电压波形，你会发现第一次关机后，其反弹的速率非常慢，达到 ms 级，甚至几十 ms！

此类波形的出现机理跟 R 类、G 类是完全不一样的，其来源于电介质的吸收效应。如果输入电容的放电电流开始很大，突然切到基本为 0，电容器中的电介质会将之前吸收的部分电荷再缓慢释放，当其再次达到电源芯片的开机电压点时，就会造成输出电压反弹。

这种情况也可以通过 EN 下电，来提高输入电压的欠压保护点和保护回滞，如 R 类 I 型波形的处理方法，使其反弹电压不至于高过开机点而造成重启。或者直接加一些静态负载来消耗这部分电荷，都是能够解决问题的。

结语

本文分析了电源下点过程中的三种不同类型的下电波形，以及如何优化这三种波形从而提高稳定性和防止负过冲。