超级电容 TL431 均压方案全解析

出处:维库电子市场网时间:2025-04-22
  该方案采用九个 2.7V/50F 的法拉电容串联,充电电压为 24.3V,利用 TL431 进行均衡,均衡电流达到 1A。
  从设计思路来看,依据 TL431 芯片数据手册,其内部基准源为 2.5V(实际在 2.475 - 2.525 之间),可据此构建超级电容均压电路。在元器件参数选取方面,均衡电压根据公式 Vout = (R5 + R6)*2.5/R6 设置在 2.7V;TL431 工作电流需在 1 - 100mA,输入电压值除以 220R 约为 0 - 13mA;采取两个 4.7R 电阻并联,等效电阻为 2.35R,可满足极端情况下的功率要求;三极管选用中功率晶体管 D882 30V/3A,但在扩流时可选用 5A 以上的三极管。
  该方案均压逻辑清晰,当分压后 “+” 输入端电压高于 “-” 输入端 2.5V 时,相关三极管导通;反之则截止。此方案为超级电容均压设计提供了详细的参考和思路。
   一、方案概述
  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,充电电压为 24.3V。
  二、设计思路

  TL431 芯片内部基准源为 2.5V(实际在 2.475 - 2.525 之间),其内部逻辑为: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,三极管截止,K 位置等于输入。利用这一特性可制作超级电容均压电路。

  三、元器件参数选取
  均衡电压设置
  根据数据手册给出的公式 Vout = (R5 + R6)*2.5/R6,将均衡电压设置在 2.7V。
  TL431 的工作电流
  TL431 流过的电流需要在 1 - 100mA,输入电压值除以 220R 约为 0 - 13mA(考虑会有个体电压能冲到 0 - 3V,所以需要谨慎选取电阻阻值)。
  电阻选取
  采取两个 4.7R 电阻并联,等效电阻为 2.35R。考虑极端情况(个体电容冲到 3V),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,符合市面上能买到的直插电阻 4.7R/3W 参数。实际功率应留有一定裕量,也可选用 2R/5W,极端情况下功率为 3.6W,相对于额定留有 30% 裕量。
  三极管的功率

  使用中功率晶体管 D882 30V/3A,不过 D882 管电流有点小,基极电阻有点大,造成管的压降有点大。扩流时三极管可选 5A 以上的。

  四、均压逻辑
  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,三极管截止,K 位置等于输入,S8550(PNP)截止,D882(PNP)截止。
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