在电子电路设计中，超级电容的应用越来越广泛。而对于超级电容的均衡管理，TL431 方案是一种常见且有效的方法。本文将全面详细地讲解超级电容 TL431 方案，包括设计思路、元器件参数选取以及均压逻辑等方面。
本方案采用九个 2.7V/50F 的法拉电容串联，采用 TL431 进行均衡，均衡电流为 1A，充电电压设定为 24.3V。这种设计可以有效地管理超级电容组的电压均衡，提高电容组的性能和使用寿命。
首先，我们来了解一下 TL431 的内部构造。由芯片数据手册可知，TL431 芯片内部基准源为 2.5V（实际在 2.475 - 2.525V 之间）。基于此，我们可以明确芯片内部的逻辑：当 “+” 输入端电压高于 “－” 输入端时，电压比较器输出为高电平，三极管导通，K 位置输出低电平；当 “+” 输入端电压低于 “－” 输入端时，电压比较器输出为低电平，三极管截至，K 位置等于输入。利用这一特性，我们就可以制作一个超级电容均压电路。
- 均衡电压设置
根据数据手册给出的公式：Vout = （R5 + R6）*2.5/R6，我们将均衡电压设置在 2.7V。通过合理选择 R5 和 R6 的阻值，就可以实现所需的均衡电压。 - TL431 的工作电流
TL431 流过的电流需要在 1 - 100mA 之间。考虑到输入电压的变化以及个体电容电压可能冲到 0 - 3V 的情况，我们需要谨慎选取电阻阻值。例如，输入电压值除以 220R 得到的电流为（0 - 13mA），这样可以保证 TL431 工作在安全的电流范围内。
- 为什么采取两个 4.7R 电阻并联
两个 4.7R 电阻并联后的等效电阻为 2.35R。在考虑极端情况（个体电容冲到 3V）时，除去中功率三极管压降，会有 2.7V 施加在上面，此时电流为 2.7/2.35 = 1.15A。每个电阻承担的功率为 (1.15/2)^2 * 4.7 = 2.7W，这符合市面上能买到的直插电阻 4.7R/3W 的参数。不过，实际功率应该留有一定的裕量，所以这部分电路可以根据具体需求进行更改，比如选用 2R/5W 的电阻，这样在极端情况下功率为 3.6W，相对于额定功率留有 30% 的裕量。 - 三极管的功率
本方案中使用的是中功率晶体管 D882，其参数为 30V/3A。该三极管电流的冗余留得比较多，加上大封装，散热性能还是可以的。但需要注意的是，D882 管电流有点小，基极电阻有点大，都造成了管的压降有点大。如果需要扩流，三极管可以选择 5A 以上的型号。
通过对极端情况进行仿真，我们可以更直观地了解电路的性能和稳定性。从仿真结果图中可以看到，在各种极端情况下，电路依然能够保持相对稳定的工作状态。
该方案的均压逻辑如下：当分压后 “+” 输入端电压高于 “－” 输入端 2.5V 时，电压比较器输出为高电平，三极管导通，K 位置输出低电平，S8550 (PNP) 导通，D882（PNP）导通；当分压后 “+” 输入端电压低于 “－” 输入端 2.5V 时，电压比较器输出为低电平，三极管截至，K 位置等于输入，S8550 (PNP) 截止，D882（PNP）截止。通过这种逻辑控制，可以有效地实现超级电容组的电压均衡。
