多种保护电路功能神奇与实现原理（附电路图）

在纷繁复杂的电子世界中，电子电路时刻面临着各种不可预料的挑战。无论是人体静电的干扰、雷击浪涌的冲击，还是误操作等人为因素，都可能对电子设备造成致命的损害。然而，正是保护电路的存在，为这些设备构筑起了一道道坚固的防线。

经过数十年的发展与演变，保护电路已从简单的保险丝进化为如今种类繁多、功能各异的电子器件。它们或能在瞬间切断电流，或能吸收过电压的能量，或能防止设备的过度放电……每一种器件都承担着特定的保护任务，共同守护着我们的电子设备，确保其稳定可靠地运行。

接下来，就让我们一起探索这些神奇的保护电路，看看它们是如何在关键时刻发挥关键作用，保障我们日常生活的安全与稳定的。

1、短路保护

短路保护电路的核心使命是在电路系统遭遇短路时，迅速切断电流，从而确保后续电子器件的安全。短路发生时，电源系统的电流会急剧上升，可能达到正常水平的数倍乃至十几倍。

参考→：稳压电源模块短路保护电路设计

三端稳压器（比如7805）输出电压通常要供给多个芯片，当其中一个芯片短路时势必导致稳压器输出短路，从而导致连锁短路，使大面积电路工作失效或损坏。试设计一个稳压器输出短路保护电路。

利用这一特性，我们可以在电路中巧妙地接入保险丝。一旦电流超过保险丝的额定熔断值，其自身产生的热量将导致保险丝熔断，进而断开电路，这是一种非常普遍且有效的保护措施。

然而，传统的保险丝存在一个显著的不足：在熔断后，需要工程人员介入排除故障，并手动更换新的保险丝，这在某些狭小空间或不便更换的场合下显得尤为棘手。因此，随着科技的发展，“自恢复保险丝”应运而生。这种保险丝在熔断后，随着温度的逐渐降低，会重新自动接通，从而实现在故障发生时能够迅速断开供电开关，待故障排除后再手动打开供电开关，以恢复电力供应。那么，自恢复保险丝究竟是如何实现这一“自恢复”功能的呢？
自恢复保险丝的构成

自恢复保险丝，其核心成分是经过特殊工艺处理的聚合树脂，其中均匀分布着导电粒子。这种独特的结构赋予了它出色的自恢复能力。
在正常工作状态下，聚合树脂将导电粒子紧密地包裹在结晶状结构之外，从而形成链状的导电通路。这使得自恢复保险丝处于低阻状态，线路中流经的电流产生的热能较低，不足以改变晶体结构。然而，一旦线路出现短路或过载，流经自恢复保险丝的电流会急剧增大，产生的热量足以使聚合树脂融化。随着体积的迅速膨胀，自恢复保险丝进入高阻状态，导致工作电流迅速降低，进而实现对电路的有效限制和保护。因此，由自恢复保险丝构建的保护电路不仅具备过热保护功能，还能应对过流情况。

2、过压保护

过压保护是一种保护电路的功能，旨在自动断开供电回路以防止供电电压超过其额定值。在电子电路设计中，常用的过压保护方法是借助齐纳二极管，亦被称为稳压二极管。其工作原理如图2-1所示。

图2-1展示了过压保护的基本原理。当供电电压超过齐纳二极管的额定值时，过压保护功能会自动启动，通过断开供电回路来保护电路免受损害。这一功能在电子电路设计中至关重要，确保了电路的稳定性和安全性。
1N4099这款二极管，其额定值为6.8V，具备过压保护功能。一旦输入电压超过这一额定值，其输出将被稳定在约6.8V，从而有效保护电路免受损害。

参考→24V过压保护、反接保护电路图实例

当电压超过30V时，如下图所示，PNP发射极电压为30V，基极电压通过稳压二极管DZ18稳压到27V，此时PNP三极管导通将PMOS管的G级电压拉到30V，PMOS管关闭，从而保护负载。

3、防反接保护

此外，防反接保护在电子电路设计中也显得尤为重要。许多电子元器件对电源正负极的接法有严格要求，一旦接错可能导致器件烧毁，造成不必要的损失。为了防止这种错误，设计者在电路板外部接口处通常会加入防反接设计。这种设计的原理是在电源输入的前级通过整流电路将电源整流至确定的极性，然后再接入固定的后级电路，如图3-1所示。这样，即便用户在使用时不慎将正负极接错，也能确保电路的安全与稳定。

还有一种防反接的方式，即当电源反接时，电路能够自动关断，以保障电子电路的安全性。这种设计方式在图3-2中得到了具体展示。

图3-2展示了这种防反接电路的设计，它利用MOS管来实现自动关断功能。特别值得一提的是，MOS管所具备的寄生二极管具有较小的压降，这使得该电路在正常工作时能够承受更大的电流，从而进一步增强了其安全性。