自製具有自動重置的直流馬達過電流保護電路

一、前言：
今天要來介紹一個具有自動重置(Auto Reset)的直流馬達過電流(Over Current) 保護電路(Protect Circuit)，相信有用MOSFET控制直流馬達或設計直流馬達控制應用電路的朋友都知道，直流馬達一但因外力或不當操作而造成馬達卡住或短路時將使得MOSFET過熱燒毀或是馬達過電流而損壞；現在我將以前應用在保護MOSFET與直流馬達的設計經驗分享給大家，而且本電路所用的零組件都相當便宜，雖然有部份半導體廠商已經有單一包裝的過電流保護IC，不過本電路還是相當實用(如果您是用在工業控制的機台上將更明顯)，請見圖一。

二、具Auto Reset 馬達過電流保護電路圖：

圖一

三、元件簡介：
U3是一顆OP電壓比較器(Voltage Comparator)，LM311可以使用單電壓或雙電壓、整體支援電壓範圍可達36V，詳細的規格請各位讀者自行翻閱LM311資料手冊，在此就不贅述，接下來看到U1A CD4538是一顆具2組可規劃的自動復歸∕重復觸發單擊的無穩態∕單穩態 CMOS製程 IC，若需詳細規格讀者自行翻閱CD4538資料手冊、在本電路我將它規劃成“重復觸發單擊∕單穩態”的狀態；再來看到的是U2A CD4081這顆是COMS製程的4組二輸入的AND閘IC。

四、工作原理：
由圖一可以看到MOSFET負載(馬達)是使用DC24伏特、當電流流經微電阻R8(0.5Ω/2W)即產生一壓降，假設馬達的最大電流是2安培，那麼超過2安培以上就當成是短路或是過電流；依甌姆定律V = I‧R所以 2A‧0.5Ω = 1V，又功率P=I²‧R所以 2A²‧0.5Ω = 2W；故超過1V我們就必須去截止MOSFET的閘極導通，而微電阻則選2W(瓦)即可。在LM311電壓比較器上可以看到我是使用Low準位來觸發CD4538的，所以我將LM311的-(負)輸入接到R8、將+(正)輸入接到一顆20KΩ的可變電阻RV1上以便調整過電流所需的參考電壓(如果是負載是已知的固定的電流，各位讀者也可以改為固定電阻的方式)，在U3的第7支腳是OP的輸出，一般而言OP使用0～+12V的電壓在輸出Hi準位的時候會大約有+10V的電壓輸出，但是因為LM311的輸出是開集極式，所以我加了一顆6.8KΩ的提昇電阻R7；另外CD4538因為我把OP使用在Low準位觸發，所以我將CD4538的輸入B點(第5支腳)接到LM311的輸出(第7支腳)、那輸入的A點(第4支腳)就直接接地，4538的第1支腳與第2支腳分別是T1、T2也就是RC的充放電時間調整，依4538的資料手冊所述各位讀者可以自行調整實驗看看，在這裡我將4538設計為觸發先放電後再經由R‧C來充電，充電時間約10～11mS，在充電時輸出的Q為Hi、/Q為Low，因為我使用CD4081所以我將/Q接到4081上，以抑制MOSFET DRIVER輸入Pulse源到MOSFET G極、在4538充電完成前4081整個動作會一直在Low的狀態，不過因為MOSFET D極到S極已經不導通、所以LM311的狀態又恢復成未過電流狀態而變成輸出Hi準位，當然4538也又會回到Hi的準位，如此就會將4081的輸出變為“動作”而使得馬達又開始工作、不過因為馬達已經呈現短路所以又會被LM311給切斷過電流，如此不停的反復Reset–動作–偵測–停止，直到馬達的故障原因排除才又開始正常工作，並且是自動重置、完全不用再關電源。

五、完整的電路圖下載