保護電路，只知道用熔斷器？那是不夠的。今天，貿澤科普實驗室教你一個“王炸”保護電路，僅需要5個主要器件，就可以做到閾值電壓可調。

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“王炸”保護電路如何工作？

在這個保護電路中，繼電器管作為主回路的控制元件，晶閘管作為狀態鎖存元件，LM393構成電壓比較器，作為電路過流監測元件，反并聯二極管做反接保護，水泥電阻做檢流電阻。

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這5個簡單的器件是怎么協同工作起到保護作用的呢？分析這個電路的工作原理就一目了然了：

通過R1和PR1進行分壓，可以預先設定好電路的保護電流值。LM393是電壓比較器，其5腳的電壓與6腳設定好的電壓比較。如果5腳電壓高于6腳電壓，7腳就會輸出高電平，晶閘管Q1導通，繼而使常閉繼電器K1斷開，電路主回路斷路，流過檢流電阻RS1的電流為0，兩端的電壓為0，這時LM393的IN+小于IN－，LM393就會輸出低電平信號到晶閘管，但是由于晶閘管的維持電流并沒有消失，所以，常閉繼電器依舊保持斷開狀態。當排除后級電路故障后，只需要按下復位按鈕RSET即可恢復電路狀態。

什么時候5腳的電壓會高于6腳呢？這就靠檢流電阻RS1了。

電路正常工作時，流過RS1的電流在正常范圍，RS1兩端的電壓也在正常范圍內。而當電路發生反接、過載、短路任意一種故障時，流經RS1的電流會增大，兩端的電壓自然升高，這樣送入LM393 5腳的電壓就會急劇升高。

為了驗證這個電路是否真的能實現保護作用，我們搭建了測試電路。一一測試電路過載、電源反接、負載短路三種情況：

通過實驗測試，保護電路工作迅速。而通過調節電壓比較器的基準來調整保護值，則是非常方便。如果有小伙伴感興趣，不妨自己搭建測試一番。

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什么時候需要保護電路？

上面的保護電路，我們測試了三種情況，讓電子負載電流增大，超過電路工作的電流，測試電路過載情況，以及電源正負接反、負載短路情況。

電路過載、電源反接、負載短路，這三種是電路中很常出現的。電子電路工作時，還會存在其他很多不穩定的因素影響電路的正常工作，甚至是損壞電路、電子設備。

因此就需要很多種保護，簡單總結一下：

關鍵點

1、過流保護：被保護元件或電路中的電流超過預先設定的數值時，保護裝置啟動作用。通常，過流保護是電源的標配。

2、過壓保護：當輸入電壓超過預設值時，切斷電源。由于電源內部故障，或者一些外部原因，電源都有可能出現過壓情況。

3、欠壓保護：與過壓對應，當電壓低于預設的電壓時，提供工作。一般，欠壓保護主要用在電池供電的系統中，為了防止電池過度放電而損壞電池。

4、過熱保護：生產中所用的自動車床、電熱烘箱、機床等連續運轉的機電設備，以及其它無人值守的設備，因為電機過熱或溫控器失靈造成的事故時有發生，需要采取相應的保安措施。

5、短路保護：當電路系統中發生短路情況時，及時斷開電路，保證后級各個器件電路的安全。

6、防反接保護：電子器件或電路不允許電源正負極反接。如果不慎反接了電源，輕則電路故障，重則器件燒毀。防反接保護電源輸入正確后才可以到后級電路中。

7、浪涌保護：交流電網間不穩定因素導致浪涌或者尖峰電壓，這可能是上千，甚至幾千伏的電壓，如此高的電壓會導致設備或電路的損壞，浪涌保護可以在瞬間承受很高的電壓尖峰。

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保護器件1個不夠？

為了實現上述這些電路保護功能，通常采用1個器件或者幾個器件組成保護電路。

熔斷器：過流保護、短路保護

大家極為熟知、很普通、很簡單的就是熔斷器。

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普通熔斷器俗稱保險絲或保險管，當流過熔斷器的電流超過額定規格時，保險絲將會熔斷。使用十分簡單。如果是避免過載和短路，只需要在電源輸入端串入一個熔斷器，即可。如果是反接保護，除了串入熔斷器之外，還需要再反并聯一個二極管。當電路出現反接后，電流由電源正極流過熔斷器，再流過反并聯二極管構成回路。這時，電路中的電流接近短路電流，非常大，熔斷器會及時熔斷，把電源與后級電路斷開，實現反接保護。

雖然熔斷器簡單好用、成本又低，但是對電路的保護依賴熔斷器的熔斷速度，如果熔斷器速度不快，在電路故障的瞬間無法即使熔斷，就會對后級電路造成損失，下面的測試熔斷時間就足以說明：

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除了熔斷速度之外，這種普通的熔斷器是無法自我恢復的，一旦熔斷后就需要手動更換。在消費級產品里，常用自恢復保險代替普通熔斷器。在電路故障時，可以讓電路斷開，電路恢復后，自恢復保險也可以自動恢復保護功能，不需要更換器件。

在很多電子系統中，熔斷器通常和其他保護元件共同協助，組成多重保護。

壓敏電阻：過壓保護

壓敏電阻是一種具有非線性伏安特性的電阻器件，主要用于在電路承受過壓時進行電壓鉗位，吸收多余的電流以保護敏感器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當過電壓出現在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現對后級電路的保護，壓敏電阻在交流和直流電路里均可以使用。

TVS二極管：過壓保護、浪涌保護

TVS二極管是瞬態電壓抑制二極管。當TVS二極管兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態高能量的沖擊而損壞。

TVS二極管可以保護電器設備不受導線引入的電壓尖峰破壞。TVS二極管通常用在信號傳輸的終端里，例如在RS485或CAN總線的終端，就會使用TVS二極管。

MOS管：防反接

利用MOS管的開關特性控制電路的導通和關斷，可以放置電源反接給負載帶來損壞。當電源正常接入時，MOSFET導通；當電源反接后，MOSFET截止，達到反接保護效果。采用MOS管做保護器件時，需要注意MOS管的導通電壓。

上面四種是大家常用的保護器件，但其實電路保護器件還有很多種，再給大家補充四個：

自恢復保險：過流保護

自恢復保險絲，是由經過特殊處理的聚合樹脂（Polymer）及分布在里面的導電粒子（Carbon Black）組成。在正常操作下，聚合樹脂緊密地將導電粒子，束縛在結晶狀的結構外，構成鏈狀導電通路，此時的自恢復保險絲為低阻狀態，線路上流經自恢復保險絲的電流所產生的熱能小，不會改變晶體結構。當線路發生短路或過載時，流經自恢復保險絲的大電流，產生的熱量使聚合樹脂融化，體積迅速增長，形成高阻狀態，工作電流迅速減小，從而對電路進行限制和保護。當故障排除后，自恢復保險絲重新冷卻結晶，體積收縮，導電粒子重新形成導電通路，自恢復保險絲恢復為低阻狀態，從而完成對電路的保護，無須人工更換。

陶瓷放電管：泄放雷電暫態過電流和

限制過電壓作用

陶瓷放電管用陶瓷密閉封裝，內部由兩個或多個帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體氬氣，氖氣構成，當加到兩電極端的電壓達到使氣體放電管內的氣體擊穿時，氣體放電管開始放電，由高阻抗變成低阻抗，使浪涌電壓迅速短路至接近零電壓，并將過電流釋放入地，從而對后續電路起到保護作用。當浪涌電壓消失后，陶瓷放電管熄滅恢復到高阻抗狀態，等待下一次動作，陶瓷放電管常用于多級保護電路中的第一級或前兩級，起泄放雷電暫態過電流和限制過電壓作用。

溫度保險絲：電器過熱保護

溫度保險絲兩引腳間連接一段易熔合金絲，電流可以從一根引腳流向另一根引腳，當保險絲周圍溫度上升到它的動作溫度時，其易熔合金熔化并在表面張力作用下，收縮成球狀附在兩引腳末端，這樣，電路被永久切斷。

熱敏電阻：電路熱啟動限流

熱敏電阻是一種傳感器電阻，其電阻值隨著溫度的變化而改變。按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻和負溫度系數熱敏電阻。正溫度系數熱敏電阻器的電阻值隨溫度的升高而增大，負溫度系數熱敏電阻器的電阻值隨溫度的升高而減小。

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小 結

這8種就是我們在設計電路時比較常用的保護元件和電路了，大家可以根據自己的使用場景選擇合適的保護器件。除了我們熟知的過流、過壓、過熱等電路保護，在特定場景中還有一些特殊的電路保護，比如電機的欠壓保護、超速保護等。

當今的電子產品工作環境日益復雜，單純靠一個元件完成保護越來越困難，更多的是使用多個器件設計科學的保護電路，正如開頭我們設計的“王炸”電路。

在設計電路時，我們只需要知道無論哪種保護，原理都是使用感知元件得到實際值，然后送入比較元件與設定值比較，實際值在設定值范圍內不動作，超過設定值動作。如此，根據需求，選擇適用的傳感元件，通過組合電路的方式，就可以設計出符合需求的保護電路。

審核編輯：黃飛

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