一、什么是短路与短路保护？

1.1 短路的定义

**短路（Short Circuit）**是指电流在非正常路径上流动，通常由于导线或负载绝缘损坏，导致电源正负极之间形成低电阻连接，造成电流迅速增大，超出电路设计承载范围。

1.2 短路的危害

• 电源过流损坏元器件；

• 导线过热引发火灾；

• 电池或电容爆炸；

• 控制系统失灵或烧毁；

• 威胁人员安全。

1.3 短路保护的定义

短路保护是一种在检测到电路发生短路时，立即切断电源或限制电流的机制，防止系统和元件因过大电流而损坏。

二、短路保护的基本原理

短路时，电路电流迅速上升。短路保护电路通常通过以下方式实现保护：

• 过流检测：通过采样电阻、霍尔传感器等方式检测电流。

• 快速响应：控制器判断电流是否超过阈值。

• 执行保护：关闭开关元件（如MOSFET）、熔断保险丝、拉低电压等动作实现保护。

三、常见的短路保护类型

四、短路保护的实现方式

4.1 通过限流电路实现

使用采样电阻检测电流，通过比较器与基准电压比较，一旦电流过大，立即使控制电路关断。

常见电路：

• 电流检测+MOS关断

• 电流源钳位

• PMIC内置短路保护功能

4.2 通过熔断器保护

熔断器在超过额定电流时熔断，物理断开电路。虽然不可恢复，但可靠性高，常用于高压场合。

4.3 软件延迟判定法

单片机检测输出端电压、电流变化趋势，根据算法判断短路并断电。适合智能家电、UPS。

4.4 集成芯片短路保护

如：LDO、DC-DC芯片、功率IC等都内置短路检测功能。

示例芯片：

• LM317（带限流功能）

• TPS7A02（低压LDO，短路自动限流）

• IR2104（MOS驱动芯片，具短路检测）

五、短路保护电路设计要点

5.1 正确选择检测点

• 电源主线；

• 输出端子；

• MOS管源极电阻等关键部位。

5.2 设置合理的电流阈值

应略高于最大工作电流，避免误动作。例如：电机启动电流高，需加入软启动+延时保护。

5.3 响应速度要快

短路电流上升速度极快（μs级别），需用高速比较器、快速MOS关断等手段。

5.4 附加的热保护与恢复机制

• 软启动；

• 自动恢复/手动复位；

• 温度反馈。

六、短路保护的实际应用场景

6.1 家用电器

如电饭煲、热水器、洗衣机的电源板，均设有电子保险丝或过流保护电路。

6.2 工业控制系统

PLC、变频器、伺服驱动器中使用霍尔传感器+MCU实现闭环电流监控与短路检测。

6.3 开关电源/适配器

几乎所有SMPS（开关电源）内置OCP/SCP（Over Current/Short Circuit Protection）模块，保护输出和MOSFET。

6.4 新能源汽车电池系统

BMS系统实时监控电流，发生短路时可断开继电器，阻断高压回路。

6.5 通讯与服务器

板载电源模块必须具有精确、快速的短路保护能力，避免高功耗芯片损坏。

七、短路保护核心器件推荐

八、常见问题与误区分析

8.1 “启动电流”误判为短路

部分电机、电感负载启动时电流很高，应设计启动延迟保护电路。

8.2 短路保护和过流保护混淆

短路保护为极限状态保护，而过流保护则针对工作电流超限，是两个不同概念。

8.3 未考虑恢复机制

某些应用（如便携设备）需要自动恢复功能，设计时应选用自动复位PTC或软恢复控制电路。