短路
先來(lái)了解一下短路的一些基本知識(shí)，短路是兩個(gè)給負(fù)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(qū)域的供電，但從供電站到房屋內(nèi)有許多級(jí)的保險(xiǎn)絲和過(guò)載保護(hù)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?xí)?。有多種電路來(lái)避免短路，也有許多種保險(xiǎn)絲來(lái)應(yīng)對(duì)過(guò)載保護(hù)。
本例我們來(lái)設(shè)計(jì)并學(xué)習(xí)一種簡(jiǎn)單的低壓直流短路保護(hù)電路。該電路的作用是為了讓微控電路更加安全的運(yùn)行，并保護(hù)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(dǎo)線(xiàn)流回負(fù)極。特別容易燒壞電源。
由于電源內(nèi)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(shì)全部降在內(nèi)阻上。短路電流可能使電源遭受機(jī)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(nèi)阻所消耗，短路通常是一種嚴(yán)重事故，應(yīng)該盡力預(yù)防。
2、用電器短路
也叫部分電路短路。即一根導(dǎo)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(tǒng)短路
三相系統(tǒng)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(duì)地短路和兩相對(duì)地短路。其中，除三相短路時(shí)，三相回路依舊對(duì)稱(chēng)，因而又稱(chēng)對(duì)稱(chēng)短路外，其余三類(lèi)均屬不對(duì)稱(chēng)短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對(duì)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(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)避
我們來(lái)設(shè)計(jì)并學(xué)習(xí)一種簡(jiǎn)單的低壓直流短路保護(hù)電路。該電路的作用是為了讓微控電路更加安全的運(yùn)行，并保護(hù)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(hù)電路
最常見(jiàn)的短路就是電池的正負(fù)引腳用一個(gè)低阻值的導(dǎo)體連接，比如導(dǎo)線(xiàn)等。這種情況下電池可能會(huì)起火甚至?xí)?。許多手機(jī)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(hù)電路。短路保護(hù)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(xiàn)斷電或火花。這是因?yàn)殡娐纺程庪娏鬟^(guò)大，這可能會(huì)導(dǎo)致漏電或起火等。為了避免這樣的損失，我們常用保險(xiǎn)絲或斷路器。短路情況下保險(xiǎn)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(hù)電路，其中低阻值的導(dǎo)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(hù)電路的工作原理
以上短路保護(hù)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(xiàn)。
電路的工作原因很簡(jiǎn)單，當(dāng)綠色LED燈D1亮起，意味著電路正常工作且無(wú)損壞風(fēng)險(xiǎn)。紅色LED燈D2亮起時(shí)則意味著有短路發(fā)生。
當(dāng)電源打開(kāi)的時(shí)候，三極管Q1偏置導(dǎo)通，LED燈D1亮起。這段時(shí)間內(nèi)因?yàn)闆](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(dāng)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(dǎo)通。三極管Q2的集極電壓同樣跌至0V也不再導(dǎo)通。
所以現(xiàn)在電流開(kāi)始沿著短路路徑（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?yàn)檎蚱盟蚤_(kāi)始導(dǎo)通，LED亮起提示短路，且電流被轉(zhuǎn)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(shè)備絕緣材料老化，設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)不良等造成的設(shè)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(zāi)引起架空線(xiàn)斷線(xiàn)和導(dǎo)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(fù)荷拉閘，檢修線(xiàn)路或設(shè)備時(shí)未排除接地線(xiàn)合閘供電，運(yùn)行人員的誤操作，偷電線(xiàn)和美國(guó)的科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)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(dǎo)體上等。
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