在電子設備的設計中，短路保護電路是保障系統(tǒng)安全、防止因意外短路導致元件損毀或火災風險的關鍵環(huán)節(jié)。無論是簡單的電源電路還是復雜的集成電路，有效的短路保護都不可或缺。本文將匯總六款經典且實用的短路保護電路，并詳細解析其工作原理，涵蓋分立元件與集成電路兩種設計思路。

一、基于保險絲與PTC熱敏電阻的基礎保護電路

原理圖核心： 保險絲（Fuse）串聯(lián)在電源正極輸入端，PTC熱敏電阻并聯(lián)在負載兩端或串聯(lián)在回路中。
工作原理： 當負載短路時，回路電流急劇增大，保險絲因過熱熔斷，從而切斷主供電通路，實現(xiàn)一次性保護。PTC熱敏電阻則能在短路時因電流增大而迅速發(fā)熱，其阻值急劇上升（可升至兆歐級），從而限制電流，起到自恢復保護作用。此電路結構簡單、成本低，但響應速度較慢，保險絲需手動更換。

二、晶體管限流型保護電路

原理圖核心： 利用三極管（如NPN型）作為檢測與控制元件。在電源與負載間串聯(lián)一個小阻值采樣電阻（Rsense），三極管的基極-發(fā)射極電壓（Vbe）監(jiān)控采樣電阻的壓降。
工作原理： 正常工作時，采樣電阻壓降低于三極管的開啟電壓（約0.6-0.7V），三極管截止。當負載短路，電流劇增使采樣電阻壓降超過V_be時，三極管導通，將調整管（如串聯(lián)的功率三極管或MOSFET）的基極或柵極電壓拉低，從而限制輸出電流，實現(xiàn)限流保護。調節(jié)采樣電阻阻值可設定保護電流閾值。

三、基于電壓比較器（運放）的精密保護電路

原理圖核心： 采用運算放大器（如LM358）構成電壓比較器，采樣電阻壓降作為輸入，與精密參考電壓（由穩(wěn)壓管或基準源提供）進行比較。
工作原理： 正常工作時，采樣電壓低于參考電壓，比較器輸出高電平，控制后續(xù)開關管（如MOSFET）完全導通。一旦短路導致采樣電壓超過參考電壓，比較器翻轉輸出低電平，迅速關斷開關管，切斷負載供電。此電路保護點精確、響應速度快，可通過調整參考電壓靈活設定保護電流值。

四、MOSFET與柵極電荷泵自保護電路

原理圖核心： 使用P溝道或N溝道MOSFET作為主開關，結合RC延時電路及柵極驅動邏輯。
工作原理： 電路通電后，通過RC電路緩慢給MOSFET柵極充電，實現(xiàn)“軟啟動”，避免浪涌電流。當輸出端短路時，快速檢測電路（如通過電流鏡或采樣）會立即拉低MOSFET柵極電壓，使其關斷。部分設計還會引入鎖定機制（如利用晶閘管特性），需重啟電源才能復位。此電路效率高，適用于大電流開關電源保護。

五、集成保護IC電路（如電子保險絲）

原理圖核心： 采用專用集成保護芯片（如TI的TPS259xx系列、Analog Devices的ADM117x系列），外圍僅需少量元件。
工作原理： 這類IC內部集成了高精度采樣放大器、比較器、基準源、MOSFET驅動及邏輯控制單元。它們可實現(xiàn)可編程的過流保護、短路保護、過溫保護，并具備自動重試（Auto-retry）或鎖存（Latch-off）等多種保護模式。例如，當檢測到超過設定閾值的持續(xù)過流時，芯片會在極短時間內（微秒級）關斷內部MOSFET，響應速度遠超分立方案。此類方案設計簡潔、可靠性高，是現(xiàn)代緊湊型設備的首選。

六、基于可控硅（SCR）的撬棍（Crowbar）保護電路

原理圖核心： 在電源輸出端并聯(lián)一個可控硅（SCR），其觸發(fā)端由過壓/過流檢測電路控制。
工作原理： 該電路通常用于直流電源的過壓和嚴重短路保護。當檢測電路（如使用穩(wěn)壓管監(jiān)測電壓）觸發(fā)后，會向SCR門極提供電流，使SCR迅速完全導通，近乎將電源輸出端短路，從而迫使前級保險絲熔斷或觸發(fā)前級電源的保護機制。這是一種“犧牲性”的強力保護措施，常用于對后端昂貴電路提供終極保護。

與設計選型建議

以上六款電路從簡到繁，各具特色。基礎保險絲方案適用于低成本、對響應速度要求不高的場合；晶體管和運放方案適合需要精確限流的中等復雜度設計；MOSFET方案適用于高效率電源管理；而集成電路（IC）設計方案則代表了當前的主流方向，它集成了多種保護功能、響應迅速、體積小巧，極大地簡化了設計流程并提高了系統(tǒng)可靠性。

在實際的集成電路設計中，短路保護模塊已成為電源管理單元（PMU）或負載開關（Load Switch）的標準集成部分。設計師應依據具體項目的電流等級、響應時間、復位方式、成本及空間約束，選擇最合適的保護方案，或將分立與集成方案組合使用，構建多級保護網絡，以確保電子系統(tǒng)的萬無一失。