Trải nghiệm VinFast VF 7: Lựa chọn phù hợp cho phân khúc Crossover cỡ C
Tất cả về sạc nhanh: những tiêu chuẩn phổ biến và cách hoạt động
Có lẽ chúng ta đã quá quen thuộc với sạc nhanh. Khi thời gian dùng pin chưa thể cải thiện nhiều, sạc nhanh giúp cung cấp năng lượng nhanh chóng cho máy trong cuộc sống bận rộn, không thể thiếu smartphone như hiện nay.
Trên thị trường có nhiều chuẩn sạc nhanh khác nhau, một số sử dụng điện áp (V) cao, một số thì đẩy cường độ dòng điện (A) lên cao nhưng cần thêm bộ sạc, dây sạc đặc biệt.
Bài viết này sẽ giới thiệu đến bạn vài chuẩn sạc nhanh phổ biến và cách hoạt động cơ bản của chúng, theo tổng hợp của trang Android Authority.
Sạc nhanh là gì?
Có thể hiểu sạc nhanh là công nghệ rút ngắn thời gian sạc pin điện thoại bằng cách tăng lượng điện nạp vào máy. Tiêu chuẩn cổng USB cơ bản chỉ truyền dòng điện 0.5A ở điện áp 5V, tức công suất là 2.5W, sạc nhanh giúp tăng những con số này. Ví dụ, SuperCharge của Huawei cho công suất 5V/5A (25W), Adaptive Fast Charging của Samsung là 9V/1.7A (15W).
Nhưng đó chỉ là những con số cơ bản, xét về cách hoạt động của sạc nhanh thì còn phức tạp hơn. Trước khi bắt đầu, hãy tìm hiểu và so sánh vài chuẩn sạc nhanh phổ biến hiện nay.
1. USB Power Delivery (USB-PD)
Đây là chuẩn sạc nhanh chính thức được Hiệp hội USB (USB-IF) công bố năm 2012. Chuẩn này có thể dùng trên bất kỳ thiết bị nào có cổng USB miễn là nhà sản xuất trang bị mạch điện và phần mềm phù hợp. USB-PD có khả năng truyền dữ liệu giữa hai thiết bị đồng thời cung cấp điện năng cho chúng hoạt động.
Bộ sạc USB đạt chuẩn USB-PD có thể cho công suất lên đến 100W. Công suất này phụ thuộc vào mức điện áp khác nhau tùy vào thiết bị: 7.5W hoặc 15W cho smartphone, 27W trở lên dành cho laptop và những thiết bị yêu cầu công suất cao.
USB-PD cũng hỗ trợ 2 chiều, cho phép dùng smartphone để sạc những thiết bị khác.
Một số thiết bị hỗ trợ chuẩn sạc nhanh USB-PD như Google Pixel, iPhone 8, iPhone X hay MacBook đời mới.
2. Qualcomm Quick Charge
Công nghệ độc quyền của Qualcomm từng là tiêu chuẩn bởi nó phổ biến trước USB-PD. Phiên bản 4.0+ mới nhất của Quick Charge tương thích với USB-PD cho tốc độ sạc nhanh hơn và phạm vi thiết bị hỗ trợ nhiều hơn.
Quick Charge là tính năng tùy chọn trên vi xử lý Snapdragon của Qualcomm. Vậy nên smartphone dùng Snapdragon không có nghĩa là nó hỗ trợ Quick Charge. Nhiều smartphone cao cấp trong 1, 2 năm qua và kể cả smartphone tầm trung đã hỗ trợ công nghệ này. Sự phổ biến của Quick Charge cũng tạo ra hệ sinh thái phụ kiện hỗ trợ rất lớn.
3. Một số chuẩn sạc nhanh khác
Thay vì USB-PD hay Quick Charge, nhiều hãng còn tạo ra chuẩn sạc nhanh của riêng mình. Tuy nhiên chỉ một vài trong số đó là thực sự mới, số còn lại thực chất là USB-PD hay Quick Charge được "bào chế" rồi đặt tên khác, Turbo Charging của Motorola là ví dụ.
Một số như Oppo VOOC hay Huawei SuperCharge thực sự hoạt động khác, thay vì tăng điện áp thì chúng lại tăng cường độ dòng điện.
Đây là bảng so sánh một số chuẩn sạc nhanh khác trên thị trường:
Nhà sản xuất có thể hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn sạc hoặc một phần tương thích với tiêu chuẩn nào đó trên một thiết bị. Song điều này sẽ khiến tốc độ sạc khác nhau tùy vào cục sạc, thậm chí là dây cáp dùng để sạc.
Sơ đồ dưới đây so sánh công suất sạc trên điện thoại khi dùng nhiều cục sạc và cáp sạc khác nhau, dùng bộ sạc kèm theo hộp thường cho kết quả tốt nhất.
Pin Lithium-ion được sạc nhanh như thế nào?
Sau khi tìm hiểu các chuẩn sạc nhanh phổ biến, hãy xem cách sạc nhanh đẩy pin thiết bị lên cao như thế nào.
Theo Android Authority, pin Lithium-ion trên smartphone và các thiết bị điện tử không sạc theo phương pháp tuyến tính (dòng điện và điện áp tỉ lệ thuận với nhau), thay vào đó quá trình sạc chia làm 2 giai đoạn riêng biệt.
Đầu tiên là tăng điện áp, giữ nguyên dòng điện. Khi mới cắm sạc, điện áp sẽ tăng từ 2V lên cao nhất là khoảng 4.2V. Dòng điện lúc này luôn giữ mức cao nhất đến khi điện áp đạt đỉnh. Pin được sạc vào máy nhanh nhất trong giai đoạn này.
Sang giai đoạn 2 khi điện áp đạt cao nhất và giữ nguyên, dòng điện bắt đầu giảm xuống và pin cũng sạc vào chậm hơn. Đó là lý do thời gian sạc lên 50-60% đầu rất nhanh nhưng sau đó lại chậm dần.
Quá trình sạc pin chia làm 2 giai đoạn: Tăng điện áp/giữ nguyên dòng điện và giữ nguyên điện áp/giảm dòng điện.
Sạc nhanh tận dụng giai đoạn đầu tiên, cố gắng bơm càng nhiều pin vào máy càng tốt trước khi điện áp đạt đỉnh. Điều đó khiến sạc nhanh chỉ phát huy tác dụng nếu cắm sạc lúc pin còn ít (chưa đầy 50%), còn khi pin vẫn nhiều (khoảng 70-80%) mà cắm sạc thì sạc nhanh hầu như không có tác dụng.
Giai đoạn dòng điện không đổi cũng là thời gian ít ảnh hưởng đến tuổi thọ pin nhất. Khi điện áp đạt đỉnh và giữ nguyên, kết hợp nhiệt độ cao sẽ ảnh hưởng đến pin về lâu dài.
Lượng điện áp và dòng điện truyền tới pin được quản lý thông qua mạch điều khiển sạc trong điện thoại. Cùng với cảm biến nhiệt độ và điện áp, bộ điều khiển có thể quản lý dòng điện để tối ưu tốc độ sạc nhưng vẫn đảm bảo tuổi thọ pin.
Sạc nhanh có nguy hiểm không?
Một số bạn chắc đã nhận ra vấn đề: Nếu pin Lithium-ion có điện áp từ khoảng 3 đến 4.2V, việc dùng sạc với điện áp cao hơn như 5V có nguy hiểm không?
Bạn đừng lo vì smartphone sẽ giảm điện áp khi dòng điện tăng và ngược lại. Điều này giúp điện năng truyền tải giữ nguyên (P = IV) nhưng điện áp vẫn trong mức phù hợp. Cáp sạc nhanh cũng không chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC), nếu nhìn vào cục sạc, bạn sẽ thấy biểu tượng ⎓ của dòng điện một chiều (DC).
Mạch sạc nhanh điện áp cao có trang bị một buck inverter, làm nhiệm vụ giảm điện áp DC từ nguồn điện qua mạch sạc đồng thời đẩy dòng điện lên cao (tùy vào công suất). Ví dụ, nguồn điện 10V/1A khi đi qua buck inverter sẽ trở thành 5V/2A.
Tại sao lại dùng điện áp cao (buck inverter)?
Có 2 lý do chính. Thứ nhất, ổn áp rất kém hiệu quả do sự chênh lệch giữa điện áp đầu vào và ra được chuyển thành nhiệt. Hiệu quả vào khoảng 30-40% tức là yêu cầu rất nhiều nhiệt và tốn kém, có thể gây hại đến thiết bị và pin. Buck inverter cho hiệu quả 80-90%.
Lý do thứ 2 liên quan đến điện năng hao phí trên dây cáp USB, đặc biệt là những sợi cáp dài. Điện trở dây phụ thuộc vào chiều dài dây khiến điện áp bị giảm dựa trên dòng điện đi qua nó (định luật Ohm: V = IR). Nếu truyền cùng một công suất sử dụng điện áp cao nhưng dòng điện thấp sẽ giúp mức hao phí ít hơn theo chiều dài dây. Đó là lý do lưới điện thường có điện áp lên đến vài trăm V chứ không phải 5V.
Tuy nhiên, so sánh cân bằng hơn thì buck inverter lại giới hạn dòng điện so với ổn áp. Công suất đầu ra tối đa phụ thuộc vào cuộn cảm, tụ điện, tần số sóng mang và công suất bóng bán dẫn. Nếu muốn tăng dòng điện thì chỉ có cách dùng mạch điều chỉnh ổn áp thay cho buck inverter. Đó là lý do một số công nghệ sạc nhanh điện áp thấp 5V của Oppo hay Huawei cho công suất vượt trội so với sạc nhanh điện áp cao nhưng dòng thấp của Samsung hay Qualcomm. Nhưng của Oppo hay Huawei cần một sợi cáp đặc biệt.
Sơ đồ trên cho thấy cách công nghệ PumpExpress 3.0 và 4.0 của MediaTek quản lý để đạt tới dòng sạc 5A. Nếu cáp sạc 5A được cắm, công nghệ sẽ đẩy luôn dòng điện lên mức 5A.
Kết luận
Sạc nhanh bao gồm một loạt công nghệ khác nhau, mỗi công nghệ có ưu và nhược điểm riêng. Trên thị trường có rất nhiều tiêu chuẫn sạc nhanh, tùy hãng phát triển mà cách sạc cũng khác nhau giúp giảm tốc độ sạc nhưng vẫn đảm bảo tuổi thọ pin.
Một số công nghệ sử dụng điện áp cao, một số sử dụng điện áp thấp nhưng tăng dòng điện và cần sợi cáp đặc biệt để sử dụng. USB Power Delivery đã xuất hiện khá rộng rãi, nhiều khả năng sẽ là "xương sống" cho những chuẩn sạc USB trong tương lai.
Tất nhiên công nghệ luôn phát triển, biết đâu một ngày nào đó chúng ta sẽ chứng kiến công nghệ sạc khác còn nhanh hơn hiện tại thì sao.
Phúc Thịnh
Thành viên mới đăng