防短路保護(hù)電路圖,工作原理-KIA MOS管

防短路保護(hù)電路原理

防短路保護(hù)電路的作用是在檢測到異常大電流時(shí)，迅速切斷電源通路，以防止設(shè)備損壞、導(dǎo)線過熱甚至引發(fā)火災(zāi)。

常見的防短路保護(hù)電路原理

保險(xiǎn)絲（Fuse)保護(hù)：保險(xiǎn)絲串聯(lián)在電路中，其內(nèi)部有一段易熔金屬。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，電流會(huì)瞬間飆升至正常值的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，保險(xiǎn)絲因自身電阻產(chǎn)生大量熱量而迅速熔斷，從而物理性地?cái)嚅_電路，切斷電流。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但熔斷后需要手動(dòng)更換。

斷路器（Circuit Breaker)保護(hù)：斷路器是一種可重復(fù)使用的電磁開關(guān)。它內(nèi)部包含一個(gè)電磁脫扣機(jī)構(gòu)。當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，巨大的短路電流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，該磁場會(huì)立即驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置，使觸點(diǎn)分離，從而斷開電路。這種響應(yīng)速度極快（毫秒級(jí)），常用于家庭配電箱和工業(yè)設(shè)備中。

電子式短路保護(hù)（常用于開關(guān)電源）：原理是通過電流傳感器（如霍爾元件）或間接電壓檢測（監(jiān)測功率管如IGBT的集電極-發(fā)射極電壓Vce)來實(shí)時(shí)監(jiān)測輸出電流。一旦檢測到電流超過預(yù)設(shè)閾值，保護(hù)控制芯片會(huì)立即關(guān)閉功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而切斷主回路。為避免在關(guān)斷瞬間因電流急劇下降（di/dt過大）產(chǎn)生高壓尖峰損壞器件，通常還會(huì)配合軟關(guān)斷技術(shù)，即先降低柵極電壓以減緩電流下降速率，再完全關(guān)斷。

自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（PTC）保護(hù)：PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻在正常電流下電阻很小。當(dāng)發(fā)生短路導(dǎo)致電流過大時(shí)，PTC因發(fā)熱溫度急劇升高，其電阻值會(huì)隨之呈數(shù)量級(jí)增長，從而將電流限制在極低水平，起到保護(hù)作用。故障排除后，PTC冷卻并自動(dòng)恢復(fù)低阻狀態(tài)，電路可恢復(fù)正常工作，無需更換。

MOSFET有源保護(hù)電路：在一些對效率和體積要求較高的場合，會(huì)使用MOSFET作為開關(guān)元件，并配合檢測電路構(gòu)成有源保護(hù)。當(dāng)檢測到短路時(shí)，控制電路會(huì)迅速關(guān)閉MOSFET，切斷電流路徑。此類電路可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和自動(dòng)恢復(fù)功能。

防短路保護(hù)電路圖

如圖所示，該防短路電路設(shè)計(jì)主要由1個(gè)NPN晶體管、1個(gè)PNP晶體管、6個(gè)電阻以及1個(gè)光耦組成。

當(dāng)輸入電壓Ui接通電源后，若晶體管Q2的基極電壓高于發(fā)射集電壓，則Q2將導(dǎo)通，進(jìn)而導(dǎo)致Q1的基極電壓低于發(fā)射集電壓，使Q1也導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓Uo與輸入電壓Ui相等。由于光耦EL357的1腳和2腳之間壓差為0，其內(nèi)部發(fā)光器件不會(huì)工作，因此輸出的檢測信號(hào)為低電平。然而，一旦Uo發(fā)生短路，晶體管Q2的基極電壓將降為0，導(dǎo)致Q2截止，同時(shí)使Q1也截止。這時(shí)，光耦的內(nèi)部發(fā)光器件開始工作，輸出的檢測信號(hào)變?yōu)楦唠娖健．?dāng)Uo的短路狀態(tài)消除后，電路將恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。此外，該電路的檢測信號(hào)可以接入LED指示燈或MCU的IO口，以實(shí)現(xiàn)對短路狀態(tài)的檢測。

防反接短路保護(hù)電路

具體的匹配電阻需自行調(diào)節(jié)，限流和耐壓需要看MOS管的選型。

當(dāng)正負(fù)極沒有反接時(shí)，Q16導(dǎo)通，VCC1通過Q14體二極管，柵極為低電平，Q15正常導(dǎo)通，電路正常工作。

當(dāng)反接時(shí)候，Q16截止不導(dǎo)通，電流還是通過Q15體二極管流出，Q14此時(shí)不導(dǎo)通，電流無法通過Q14，電路不通，正常保護(hù)，后端短路的時(shí)候，電路限流，也可以有效保護(hù)電路。

基本可以用NMOS+2個(gè)PMOS對管來設(shè)計(jì)，也可以用單管MOS，不過這種mos基本上用的都是體二極管的導(dǎo)通，會(huì)有點(diǎn)壓降，或者是設(shè)計(jì)一個(gè)自鎖的NMOS+PMOS組合來完成。

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