40V~400V非隔离型高端电流检测方案分析及学习总结

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由于存在负反馈，运算放大器虚短和虚断成立，由于“虚短”，所以Vp等于Vn。且由于“虚断”，几乎没有电流流进同相输入端和反相输入端，所以说Vp=V2成立。又由于“虚短”，所以说Vn=Vp=V2，所以说R1两端的电压就等于V1-V2（图中的Vsense）也就是等于电流采样电阻Rsense上的电压。又由于MOS属于压控型器件，几乎不会有电流从栅极流入到电阻R2上，所以说，加在R2上的电压就等于R2*（Vsense/R1）。由于R2和R1取值相等，所以VR2=Vsense。电流路径如下所示：
稳压二极管钳位，改变共模输入范围，这个是比较值得学习借鉴的地方。OPA333的共模输入范围是（V-）-0.1V到（V+）+0.1V，比如说如果5V单电源供电的条件下，OPA233能处理的信号电压范围是-0.1V~5.1V，所以说如果我们使用5V单电源给OPA333供电的话，是处理不了上图的电流检测的，因为上图的检测电压Vsense上的共模电压实在是太大了。
然而如果在运算放大器供电的地方嵌入一个稳压二极管，那么OPA333的供电电压就变了，变为了400V和394.9V。随之，共模输入电压范围也就改变了，变为了394.8V~400.1V，而这个改变也正恰恰是高端电流检测所需要的。如下图：
然后再将这个电流转化到R2上，给INA226检测，是很巧妙的设计。选型及PCB设计
那么这个Rz该如何取值呢？Rz的取值和两个参数相关，第一个是稳压二极管的Izt（在≥Izt的时候稳压管的稳压值才准确）。第二个是运算放大器的静态电流Iq（因为MOS为压控型器件，运算放大器几乎不会提供电流在MOS的Cgs充满电后）。
TI的设计是这样的，采用了低功耗的稳压二极管MMSZ4689T1（为防止电阻上的功耗过大），Izt为50uA，即在50uA的电流下，可以保持稳压5.1V。
运算放大器OPA333的最大静态电流Iq为25uA。

所以RZ的取值公式为：
公式计算Rz的取值要小于5.26MΩ，TI取了两个1.2MΩ的电阻串联，以减小单颗电阻的功率。
我们看下TI的官方设计原理图：
关于PMOS的选型，有两点要考虑。第一点，就是PMOS的耐压值，肯定是要超过400V的，TI选择了一颗力特的IXTT16P60P，最大耐压为600V。

第二点就是MOS的功耗（由于MOS工作在线性区，所以MOS的功耗一定不可小觑），假设流过MOS的电流为8mA，由于MOS两端的电压差很大很大，所以功耗会很夸张，所以要选择大封装的，并且PCB上做好散热：
PCB设计需要注意高压区和低压区的布局，不要高低压布局在一起。

采样电阻部分，走线尽量如下，以便减少走线引入的误差。
感谢您的耐心观