3、电源系统设计：输入电源保护、LDO与DCDC选型、电源树设计

电源系统，说白了就是门禁主板的“心脏”。心脏不好，整个系统就别想稳定工作。我这些年做过的项目，至少有一半的硬件故障，追根溯源都跟电源设计脱不了干系。今天咱们就好好聊聊这门禁主板的电源系统该怎么设计。

3.1 输入电源保护：防反接与防浪涌

门禁主板通常用12V直流供电。但现场环境复杂，施工人员接错线、电源波动大，都是家常便饭。所以输入保护这块，必须做扎实。

3.1.1 防反接保护

防反接，就是防止电源正负极接反烧板子。最简单的办法是串一个二极管。但普通二极管有0.7V压降，12V输入就变成11.3V了。如果后面接的是5V DCDC，效率会受影响。

我个人习惯用PMOS管做防反接。压降只有几十毫伏，几乎不损失电压。电路也很简单：

// PMOS防反接电路示意
// 源极接输入正极，漏极接负载正极
// 栅极通过电阻接地，再通过电阻接输入负极
// 当输入正接时，PMOS导通
// 当输入反接时，PMOS截止

嗯，这里要注意：PMOS的Vgs阈值要选低一点的，比如-2V左右。我在项目中遇到过用-4V阈值的管子，结果12V输入时导通不完全，发热严重。后来换了-2V的，问题就解决了。

3.1.2 防浪涌保护

浪涌，说白了就是瞬间的高压尖峰。可能是雷击感应，也可能是大功率设备启停造成的。门禁系统经常在户外布线，这个必须防。

我常用的方案是TVS管+自恢复保险丝。TVS管选SMBJ15A，钳位电压在24V左右，能吸收瞬间大电流。自恢复保险丝选500mA的，配合TVS管一起用。

3.2 LDO与DCDC选型

门禁主板需要多路电压：5V给继电器和蜂鸣器，3.3V给主控和存储，1.8V给DDR内存。不同电压，选型思路完全不同。

3.2.1 什么时候用LDO？

LDO，低压差线性稳压器。优点是纹波小、电路简单、成本低。缺点是效率低，输入输出压差越大，发热越严重。

我的经验是：压差小于2V，电流小于200mA，优先用LDO。比如3.3V转1.8V给DDR供电，压差只有1.5V，电流也就几十毫安，用LDO完全没问题。

常用的LDO型号：AMS1117-3.3、RT9013-18。前者便宜，后者性能好。我一般看成本要求来选。

3.2.2 什么时候用DCDC？

DCDC，直流转直流变换器。效率高，能到90%以上。但纹波大，电路复杂，成本高。

12V转5V，压差7V，电流可能到1A。这种情况必须用DCDC。用LDO的话，发热量能煎鸡蛋。

常用的DCDC芯片：MP2303、TPS5430。MP2303便宜，外围简单，我用的最多。TPS5430性能更好，但贵一些。

3.3 3.3V/1.8V/5V电源树设计

电源树，就是理清楚各路电压的来龙去脉。设计不好，轻则系统不稳定，重则烧芯片。

3.3.1 电源树结构

门禁主板的电源树，我一般这样设计：

输入电压	转换方式	输出电压	负载	最大电流
12V	DCDC	5V	继电器、蜂鸣器、3.3V LDO	1A
5V	LDO	3.3V	主控MCU、存储、以太网	300mA
3.3V	LDO	1.8V	DDR内存	100mA

为什么5V要用DCDC转？因为12V到5V压差大，用LDO效率太低。为什么3.3V和1.8V用LDO？因为压差小，电流小，LDO的纹波优势就体现出来了。

3.3.2 上电时序

有些芯片对上电时序有要求。比如DDR内存，要求1.8V先上电，3.3V后上电。如果顺序反了，可能锁死甚至损坏。

我一般用RC延时电路来控制时序。简单可靠，成本低。也可以用专门的电源时序芯片，比如TPS3808，但成本高一些。

3.3.3 电源去耦

每个芯片的电源引脚，都要加去耦电容。原则是：大电容储能，小电容滤高频。

我一般这样配：每个芯片的电源引脚，放一个10uF的钽电容或陶瓷电容，再放一个0.1uF的陶瓷电容。10uF负责储能，0.1uF负责滤除高频噪声。

嗯，这里要注意：电容要尽量靠近芯片的电源引脚。走线长了，效果就差了。我见过有人把去耦电容放在板子边缘，结果根本没用。

3.4 总结

电源系统设计，说白了就是三个字：稳、准、狠。稳，是电压要稳，纹波要小。准，是电压要准，不能偏差太大。狠，是保护要狠，防反接、防浪涌一个不能少。

我做了这么多年硬件，最大的体会就是：电源设计花的时间越多，后面调试的时间就越少。别图省事，该加的电路一个都不能省。你想想看，如果因为省了一个TVS管，导致整块板子被雷击烧毁，那损失可就大了。

好了，这一章就聊到这里。下一章咱们聊聊门禁主板的接口设计，包括RS485、韦根、继电器驱动这些。到时候见。