一种经得起时间考验的超低成本短路检测、短路保护电路

【该死的“前揍”】

虽然我们实验室不放暑假，但是暑假开始以来，我几乎没有见过我们实验室老师一眼（虽然我知道他几乎每天都在他的办公室），更不用提跟他聊天什么的了。

昨天下午临近吃饭的时候，导师终于在实验室出现了。好久没见了，所以显得格外的亲，跟他聊天聊了好久好久。我跟老师交流时向来属于那种很随意的类型，天南海北啥都扯，兴致高了，我也主动跟老师坦白了包括最近我不在状态，几乎什么事情都没有做等一系列不太给力的事情，老师也没有任何不高兴的意思，还跟我讲我们暑假在这里辛苦了，应该请我们吃饭的^_^

在聊天中，我们老师透露出希望我把之前的数据采集卡完善，改进并做出可以批量生产、批量销售的产品的意愿。考虑到我第一版就已经做得很成熟，很稳定，第二版只需要想方设法改进产品工艺、改正几个小bug、提高产品长期使用的稳定性即可。于是就想到了在这个数据采集卡上添加一个短路保护电路。

【姗姗来迟的正文】

不提自恢复保险（这玩意儿用一会儿电阻就会变，让后级电阻匹配情何以堪），正常情况下，短路保护电路一般包括采样电阻、差分运放、AD/比较器、处理器/MCU、动作器件组成，而且这几部分一个都不能少。不仅如此，采用处理器/MCU的短路保护电路不仅仅占用了处理器/MCU的计算资源，而且还存在MCU挂掉时短路保护电路失效等情况。

什么？稳定运行着的MCU还会挂掉？有些人可能觉得只要一般情况下MCU运行正常，偏偏在最需要它采取动作的时候挂掉是概率极小的事件。但是事实上，在短路时，尤其是短路的部分跟MCU的供电以某种方式耦合时（这种情况出现的概率还非常大），本身MCU的供电就已经收到了很大的影响，这个时候MCU程序运行不稳定并不是一个小概率事件。

即便一般的短路保护电路不采用MCU，只用比较器+动作器件，仍然存在问题。很多电子器件在电源短路之后已经失效了，这种情况下器件能工作就是一个奇迹，还指望这个器件可以让整个系统“原地满血复活”？

考虑了这么多之后，我坚定的认为“简洁即是美”。为此我想了好久，并跟同学辩论了好久，终于设计出来一个只需要一个PNP三极管，一个锗管，三个电阻，一个电容即可搞定的短路检测电路。若再加上一个MOS管，即可完成短路保护的功能，而且有力的回避了上面提到的传统方案的种种弊端。

器件清单及市场价格如下：

三极管 8550 0.04元/个

二极管 1N60 0.06元/个

电阻   0805 0.008元/个

电容   0805 0.02元/个

加起来一共不足0.15元。在一个系统中，0.15元几乎是一个可以忽略掉的成本。而在传统方案中，短路保护电路成本至少在10元以上（不含MCU），若加上MCU，成本会更高。

不多说了，直接贴图。

    为了不BS诸位的智商，只做一段话的解释：上图展示了一个14mA短路检测电路。VG1为内阻为0的电压源，输出幅值为10V的正弦波。R1为输出匹配电阻，R4为输出负载。当流过R1的电流大于14mA时，R1两端的电压达到了PNP三极管的基极与发射极的PN结的导通电压，使得三极管Q导通，从而让电容C1充电。C1经过一瞬间的充电之后即可保持1s左右的时间。该信号通过VF1输出，即可实现短路检测的功能。若输出VF1再连接一个MOS管切断VG1的信号输出，即可实现短路保护的功能。

【电路仿真】

1.若负载电阻R4为700欧（此时电流未达到14mA），VF1的输出为逻辑低电平（参看绿色线条）。

    2.若负载电阻R4为500欧（此时电流达到14mA以上），VF1的输出为逻辑低电平（参看绿色线条）。

【实际测试】

实践表明，该电路稳定性很好，即便电源短路，也可以正常工作。

当然了，若电源短路之后导致电源电压几乎为0，此时本电路也不能正常工作了，不过此时电源电压都变成0了也就无所谓短路不短路了。

【最终版电路】

在最终版的电路设计中，我加入了负电压的过流检测电路，并且使用运放LM324完成了负逻辑到正逻辑的变换。最终版电路图如下所示。