教你短路的損害如何通過(guò)電路設計進(jìn)行規避

短路

先來(lái)了解一下短路的一些基本知識，短路是兩個(gè)給負載供電的引腳間的無(wú)意連接。在交流和直流電路中都會(huì )發(fā)生，如果是交流的話(huà)短路會(huì )影響一整個(gè)區域的供電，但從供電站到房屋內有許多級的保險絲和過(guò)載保護電路。如果是電池這樣的直流源，則短路會(huì )使電池過(guò)熱，且電池放電會(huì )更快。某些極端情況下電池甚至會(huì )爆炸。有多種電路來(lái)避免短路，也有許多種保險絲來(lái)應對過(guò)載保護。

本例我們來(lái)設計并學(xué)習一種簡(jiǎn)單的低壓直流短路保護電路。該電路的作用是為了讓微控電路更加安全的運行，并保護其免受電路其它部分的影響。

短路的基本類(lèi)型

1、電源短路

即電流不經(jīng)過(guò)任何用電器，直接由正極經(jīng)過(guò)導線(xiàn)流回負極。特別容易燒壞電源。

由于電源內阻Ro較小，短路電流Is較大，電源的端電壓為0，這時(shí)電源的電動(dòng)勢全部降在內阻上。短路電流可能使電源遭受機械的與熱的損傷或毀壞，短路時(shí)電源所產(chǎn)生的電能全被內阻所消耗，短路通常是一種嚴重事故，應該盡力預防。

2、用電器短路

也叫部分電路短路。即一根導線(xiàn)接在用電器的兩端（電流表并聯(lián)，閉合的開(kāi)關(guān)并聯(lián)），此用電器被短路，容易產(chǎn)生燒毀其他用電器的情況。

3、三相系統短路

三相系統中發(fā)生的短路有4種基本類(lèi)型：三相短路，兩相短路，單相對地短路和兩相對地短路。其中，除三相短路時(shí)，三相回路依舊對稱(chēng)，因而又稱(chēng)對稱(chēng)短路外，其余三類(lèi)均屬不對稱(chēng)短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò )中，以一相對地的短路故障最多，約占全部故障的90%。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò )中，短路故障主要是各種相間短路。

短路的損害如何通過(guò)電路設計進(jìn)行規避

我們來(lái)設計并學(xué)習一種簡(jiǎn)單的低壓直流短路保護電路。該電路的作用是為了讓微控電路更加安全的運行，并保護其免受電路其它部分的影響。

1、所需元器件

SK100B PNP三極管 x 1

BC547B NPN三極管 x 1

1kΩ電阻 x 1

10kΩ電阻 x 1

330Ω電阻 x 1

470Ω電阻 x 1

6V直流電源 x 1

2、SK100B PNP三極管

三極管凸起處的為射極，中間為基極，最后是基極。

3、BC547B NPN三極管

4、短路保護電路

最常見(jiàn)的短路就是電池的正負引腳用一個(gè)低阻值的導體連接，比如導線(xiàn)等。這種情況下電池可能會(huì )起火甚至會(huì )爆炸。許多手機電池起火往往是這樣發(fā)生的。

為了避免短路，我們需要加入短路保護電路。短路保護電路會(huì )分流一部分電流或切斷電路與電源間的連接。

有時(shí)候我們使用一些有故障的家用電器比如烤箱，熨斗時(shí)會(huì )出現斷電或火花。這是因為電路某處電流過(guò)大，這可能會(huì )導致漏電或起火等。為了避免這樣的損失，我們常用保險絲或斷路器。短路情況下保險絲或電路器會(huì )將房屋電源切斷。熔絲斷路器電路也是一種短路保護電路，其中低阻值的導線(xiàn)會(huì )在大電流下熔斷，從而切斷供電。

5、電路圖

6、短路保護電路的工作原理

以上短路保護電路由兩個(gè)三極管電路組成，一個(gè)是BC547 NPN三極管的電路，一個(gè)是SK100B PNP三極管的電路。電源輸入為5V的直流電源，既可以用電池也可以用變壓器實(shí)現。

電路的工作原因很簡(jiǎn)單，當綠色LED燈D1亮起，意味著(zhù)電路正常工作且無(wú)損壞風(fēng)險。紅色LED燈D2亮起時(shí)則意味著(zhù)有短路發(fā)生。

當電源打開(kāi)的時(shí)候，三極管Q1偏置導通，LED燈D1亮起。這段時(shí)間內因為沒(méi)有短路所以紅色LED燈D2關(guān)閉。

綠色LED燈D1的亮起同樣意味著(zhù)電源電壓與輸出電壓近乎相等。

仿真電路中我們利用輸出端的一個(gè)開(kāi)關(guān)創(chuàng )造一次“短路”。當短路發(fā)生時(shí)，輸出電壓跌至0V，Q1基極電壓為0V所以不再導通。三極管Q2的集極電壓同樣跌至0V也不再導通。

所以現在電流開(kāi)始沿著(zhù)短路路徑（穿過(guò)開(kāi)關(guān)）傳輸，流經(jīng)紅色LED燈D2至地。而此時(shí)D2因為正向偏置所以開(kāi)始導通，LED亮起提示短路，且電流被轉向D2，而非損害整個(gè)電路。

短路原因有哪些？

1、元件損壞

短路往往是由于絕緣損壞或接線(xiàn)不慎所引起的。例如設備絕緣材料老化，設計、制造、安裝、維護不良等造成的設備缺陷發(fā)展成為短路。

2、氣象條件影響

例如雷擊過(guò)后造成的閃爍放電，由于風(fēng)災引起架空線(xiàn)斷線(xiàn)和導線(xiàn)覆冰引起電線(xiàn)桿倒塌等。

3、人為破壞

例如工作人員帶負荷拉閘，檢修線(xiàn)路或設備時(shí)未排除接地線(xiàn)合閘供電，運行人員的誤操作，偷電線(xiàn)和美國的科索沃戰爭、伊拉克戰爭時(shí)使用的碳纖維彈。

4、其他原因

挖溝損傷電纜，鳥(niǎo)獸風(fēng)箏跨接在載流裸導體上等。

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