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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#创享2025# 今天在论坛看到了一张图，是TI的一个40V~400V非隔离型的高端电流检测方案的一个原理框图， 这个图里，比较有意思的一点就是 巧妙的利用了稳压二极管改变了运算放大器的共模输入电压范围 。 主要使用了一个OPA333，一个高压PMOS，还有一个INA226。..

原理：

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。

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