一、基础概念：LM393比较器与短路保护原理

LM393是一款双电压比较器，广泛应用于模拟电路中用于比较两个电压信号并输出高低电平。在电源短路保护设计中，其核心作用是通过检测负载电流的变化来触发保护机制。

当电源输出端发生短路时，负载电流急剧上升。通过将此电流转换为电压信号并与设定的阈值进行比较，LM393可以快速判断是否发生短路，并驱动外部执行器件（如MOS管或继电器）切断负载。

二、电流采样电阻的选择

为了检测电流，通常使用一个小阻值的采样电阻（Rsense）串联在电源输出路径中。该电阻上的压降与流过的电流成正比：

Vsense = Iload × Rsense

Rsense应尽可能小以减小功耗和电压降；一般选择0.01Ω ~ 0.1Ω之间的高精度金属膜电阻；需考虑最大工作电流下的功率损耗：P = I² × R；推荐使用四端子结构（Kelvin连接）以提高测量精度。

三、比较阈值设置方法

比较器的一个输入端接采样电阻上的电压信号，另一个输入端则由基准电压源提供一个固定阈值电压Vref。当Vsense超过Vref时，比较器输出翻转，触发保护动作。

设置Vref的方法如下：

根据预期的短路电流Ithreshold计算对应的Vsense_threshold = Ithreshold × Rsense；使用分压电阻网络从稳压电源中获取精确的Vref；可加入滤波电容防止高频噪声误触发；若需要温度补偿，可使用带隙基准或其他精密参考源。

四、驱动MOS管或继电器实现负载断开

LM393输出为开漏结构，需外接上拉电阻后才能驱动后续电路。其输出信号可用于控制MOSFET栅极或继电器线圈。

驱动方式优点缺点MOS管响应快、寿命长、无机械磨损成本略高，需注意栅极驱动电压继电器隔离效果好，适合大电流场合响应慢、有机械寿命限制

推荐使用N沟道MOSFET作为开关器件，其栅极可通过一个NPN晶体管或专用驱动IC控制。

五、关键参数与稳定性考量

为了确保电路稳定性和快速响应，需重点考虑以下参数：

响应时间： LM393的典型响应时间为1.3μs，但整体系统响应时间还受RC滤波影响；滞回设置： 可通过正反馈引入滞回电压，避免因噪声导致频繁切换；电源去耦： 在LM393电源引脚附近加0.1μF陶瓷电容；共模输入范围： 输入电压应在GND至Vcc - 1.5V范围内；负载能力： 确保MOS管或继电器能承受最大负载电流；恢复机制： 需设计自动复位或手动复位功能以防止持续闭锁。

六、系统流程图示意

下图为整个短路保护系统的流程示意图：

graph TD

A[电源输出] --> B(电流采样电阻)

B --> C{比较器LM393}

D[基准电压] --> C

C -- 触发 --> E[驱动MOS/继电器]

E --> F[断开负载]

F --> G{故障解除？}

G -- 是 --> H[复位]

G -- 否 --> I[保持断开]

H --> J[重新供电]