我想做个简单的家庭插座线序检测和电压检测

小萧萧

我想做个简单的家庭插座线序检测和电压检测,检测火线零线和地线有没有接错,同时可以检测电压.我上传了我的电路,大神帮我看下有没有需要修改的地方或者更好的设计方案

小萧萧

我看市面上的现成模块,R30,R28,R29都是0805的封装,51K,这个我计算了下电阻会烧啊,功率都要到2W了,但实际我测试却并没有烧,这是为啥.我上面的电路设计是否合理,请大神帮我看看

LcwSwust

不太懂，测火线电压时，GND接的哪里？大地？不应该是测火线与零线之间的电压差吗？

A571157242

硬件电路也不懂，以下是AI回复，谨慎参考吧

好的，我们来分析一下你设计的这个电路，并探讨一些可能的改进方案。

电路功能分析:

你的设计思路是利用光耦进行隔离，通过检测火线(L)、零线(N)、地线(G)之间的电压关系来判断线序，并尝试通过运放分压来检测电压。

• 电压检测部分 (左侧 U17.1):
  • 通过 R37 (1MΩ) 和 R32 (5KΩ) 对火线电压进行分压，大幅衰减后送入运放 OPA2188 的同相输入端。U18 (SMF3.3CA) 是一个 TVS 二极管，用于保护运放输入端免受瞬态过压冲击。
  • U17.1 配置成一个非反相放大器（或者更像是一个带有滞回的比较器，取决于R36的作用），输出信号 PA0 经过 R38/C29 低通滤波后，理论上可以反映输入交流电压的某种幅值信息（经过衰减和处理）。
  • 目的: 似乎是想通过 PA0 输出一个与火线电压幅值相关的模拟信号，供 ADC 读取以估算电压。
    
    
• 线序检测部分 (右侧三个光耦 U15, U14, U16):
  • U14 (LED2 指示): 检测 火线(L) 与 零线(N) 之间是否存在电压。电流通路：火线(L) -> D4 -> U14光耦二极管 -> LED4 -> R29 -> R28 -> 零线(N)。D4 确保只在火线电位高于零线时导通（半波）。如果 L-N 之间有正常电压差，U14 会导通，LED2 点亮（被拉低）。
  • U15 (LED3 指示): 检测 零线(N) 与 地线(G) 之间是否存在电压。电流通路：零线(N) -> R28/R29 分压点 -> U15光耦二极管 -> D3 -> 大地(G)。如果零线相对地线有显著的电位差（比如零线悬空或与火线接反），U15 会导通，LED3 点亮（被拉低）。
  • U16 (LED1 指示): 这部分的电路连接看起来有问题且可能不安全。根据图示，电流通路似乎是：火线(L) -> D4 -> U16光耦二极管 -> LED5 -> D5 -> R30 -> 3.3VCC。这个通路试图检测火线与 3.3V 电源之间的关系，而不是与地线(G)的关系，而且电流是从高压流向低压电源轨，这非常不规范且危险。它没有实现检测火线(L)与地线(G)的功能。
    
    
  
  

存在的问题与风险:

• 安全风险:
  • U16 电路错误: 如上所述，U16 的输入端连接方式错误且危险。
  • 元件额定值: R37 和其他直接连接到市电的电阻（如 R28, R29）需要有足够的耐压等级 (至少 400V 或更高，取决于地区) 和功率等级。普通 0805 或 0603 贴片电阻耐压通常不足。建议使用专门的高压电阻或多个电阻串联。
  • 缺少保险丝: 市电输入端 (L, N) 缺少保险丝 (Fuse)，无法在发生严重故障时切断电源。
  • PCB 布局: 强电部分 (市电) 和弱电部分 (3.3V, 5V, 信号) 在 PCB 上需要有足够的安全间距 (爬电距离和电气间隙) 以防止电弧和触电。
    
    
• 功能问题:
  • 电压测量不准确: 左侧的运放电路只能提供一个粗略的电压指示，而不是精确的 RMS (有效值) 测量。它受到波形、频率的影响，且校准困难。OPA2188 是精密运放，用在这里可能有点浪费，且其输入范围需要注意负半周电压。
  • 线序检测不完整/错误:
    • U16 没有实现 L-G 检测。
    • 仅凭这三个 LED 的亮灭组合，可能难以完全覆盖所有线序错误情况（如 L-G 对调、N 悬空等），需要后端逻辑 (如单片机) 进行综合判断。
      
      
    
    
  
  

改进建议:

• 安全第一:
  • 增加保险丝: 在 H6 (火线) 和 H5 (零线) 输入端串联合适的保险丝。
  • 使用高耐压元件: 为 R37, R28, R29 以及后续用于 L-G 检测的电阻选择高耐压型号。
  • 修正 U16 电路: 要检测 L-G 通路，应将 U16 的输入端（串联限流电阻和 LED）连接在 火线(L) 和 地线(G) 之间。例如：火线(L) -> 高阻值高耐压电阻 (如 1MΩ) -> U16 光耦二极管 (可串联一个 LED 指示) -> 地线(G)。
  • 加强隔离: 确保 PCB 布局满足安全距离要求。
    
    
• 改进电压检测:
  • 方案 A (隔离变压器 - 最安全推荐): 使用小功率的电源变压器 (Potential Transformer, PT)，将 220V AC 降到一个安全的低电压 AC (如 6V 或 9V)。然后对这个低压 AC 进行整流、滤波、分压后送入单片机 ADC。这是最安全且容易实现较精确测量的方法。
  • 方案 B (专用计量芯片): 使用如 HLW8012, BL0937, ADE775x 等电能计量 IC。它们专门设计用于精确测量交流电压、电流、功率等，通常自带 ADC 和数据接口 (如 UART)，但可能需要更复杂的校准。
  • 方案 C (改进现有分压法 - 需谨慎): 如果仍想用分压法，需要更完善的设计：
    • 使用精密电阻和高耐压电阻。
    • 考虑负半周：可以使用桥式整流将 AC 转为脉动 DC，再滤波送 ADC；或者使用运放搭建精密整流电路。
    • 需要可靠的过压保护。
    • 校准是必须的。但此方法安全性不如隔离变压器。
      
      
    
    
• 完善线序检测逻辑:
  • 使用单片机: 必须使用 MCU 读取三个（修正后的）光耦输出状态 (LED1, LED2, LED3) 和电压检测结果 (PA0 或其他方式)。
  • 定义状态表: 根据三个光耦输出的高低电平组合，编写逻辑判断各种线序情况：
    • 正常: L-N 通 (U14 输出低), N-G 不通 (U15 输出高), L-G 通 (修正后 U16 输出低)。
    • 缺零线: L-N 不通 (U14 高), N-G 不通 (U15 高), L-G 通 (U16 低)。
    • 缺地线: L-N 通 (U14 低), N-G 不通 (U15 高), L-G 不通 (U16 高)。
    • 火零接反: L-N 通 (U14 低 - 实际是 N-L), N-G 通 (U15 低 - 因为 N 带高电位), L-G 不通 (U16 高 - 因为 G 对 L 是低电位)。
    • 火地接反: L-N 不通 (U14 高), N-G 通 (U15 低 - 因为 N 对 G 现在是 L 对 N), L-G 通 (U16 低 - 实际是 L 对 L?) - 这种情况需要仔细分析实际电路行为。
    • ... 等等，覆盖所有可能的错误组合。
      
      
  • 电压辅助判断: 电压读数可以辅助判断。例如，读数接近 220V 说明火线存在；读数接近 0V 则火线可能缺失。N-G 间有显著电压也表示异常。
    
    
  
  

总结:

你的基本思路（光耦隔离检测线间关系）是可行的，但在具体实现上（尤其是 U16 和电压检测部分）存在较多问题和安全隐患。

强烈建议：

• 优先考虑安全性: 使用隔离变压器进行电压测量，修正 U16 的 L-G 检测电路，增加保险丝，选用高耐压元件，注意 PCB 布局。
• 使用 MCU 进行逻辑判断: 仅靠 LED 难以明确指示所有故障，需要单片机综合分析各点状态。
• 参考成熟设计: 可以搜索市售的插座测试仪或相关开源项目，学习它们的电路设计，特别是安全防护和检测逻辑部分。
  
  

修改电路时务必小心，特别是在涉及市电的部分。如果不熟悉强电安全规范，建议寻求有经验人士的帮助。

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A571157242 发表于 2025-4-18 12:25
硬件电路也不懂，以下是AI回复，谨慎参考吧
好的，我们来分析一下你设计的这个电路，并探讨一些可能的改进 ...

什么AI可以分析图片的原理图？