Mạch sạc pin 2S, 3S, 4S từ Type-C 5 V: chọn 1A, 2A, 4A, đấu dây và vì sao vẫn cần mạch bảo vệ BMS

Mạch sạc tăng áp từ 5 V lên 8,4, 12,6, 16,8 V cho khối pin 2S, 3S, 4S: chân và cầu hàn, dòng sạc thực tế, nguồn cần dùng, đấu dây với mạch bảo vệ BMS và an toàn khi sạc.

Khối pin Li-ion 2S, 3S, 4S (2, 3, 4 cell nối tiếp, điện áp 7,4 V, 11,1 V, 14,8 V) dùng nhiều cho xe robot, loa, đèn, động cơ 12 V. Vấn đề là sạc: củ sạc điện thoại chỉ có 5 V, thấp hơn điện áp khối pin. Mạch sạc 2S, 3S, 4S của PYWORLD giải quyết việc này: nó tăng 5 V từ cổng Type-C lên 8,4 V, 12,6 V hoặc 16,8 V để sạc đầy khối pin. Bài này giải thích các chân và cầu hàn của mạch, tính dòng sạc thực tế, cách đấu dây, và vì sao khối pin nhiều cell vẫn cần thêm mạch bảo vệ BMS.

1. Mạch sạc tăng áp 2S, 3S, 4S là gì

Đây là mạch sạc kiểu tăng áp (boost): nhận nguồn 5 V qua cổng Type-C, hoặc nguồn một chiều 3–6 V qua hai chân VIN, GND, rồi tăng lên điện áp sạc của khối pin. Mạch sạc theo hai giai đoạn như mọi mạch sạc Li-ion: dòng không đổi khi pin còn thấp, rồi giữ điện áp không đổi và giảm dần dòng khi pin gần đầy; đầy thì tự ngừng và báo đèn.

Trên mạch có IC điều khiển sạc tăng áp, MOSFET, diode Schottky, cuộn cảm (in "100", tức 10 µH) và điện trở đo dòng. Shop bán các phân loại 2S 4A, 3S 4A, 4S 1A, 4S 2A, 4S 4A: mỗi phân loại đã hàn sẵn cầu chọn số cell và dòng vào tương ứng.

2. Các chân và cầu hàn

• Cổng Type-C: cắm củ sạc 5 V. Hoặc dùng hai chân VIN, GND ở cạnh mạch cho nguồn một chiều 3–6 V (adapter 5 V, pin 1S…).
• BAT, GND ở đầu kia: nối vào cực dương và cực âm của khối pin (qua mạch bảo vệ BMS, xem mục 4).
• Cầu hàn OUT (2S, 3S, 4S): chọn điện áp sạc theo số cell. Chỉ hàn một ô. Chọn sai là nguy hiểm: chọn 4S cho khối 3S thì mạch sạc lên tới 16,8 V, mỗi cell bị ép lên khoảng 5,6 V.
• Cầu hàn IN (1A, 2A, 4A): chọn dòng tối đa mạch lấy từ nguồn 5 V. Chỉ hàn một ô.
• Đèn CR sáng khi đang sạc, đèn OK sáng khi đã đầy.

Muốn đổi cấu hình: dùng mỏ hàn và dây hút thiếc gỡ thiếc ở ô cũ, hàn ô mới, rồi đo điện áp ở chân BAT khi chưa nối pin để chắc đúng mức 8,4, 12,6 hoặc 16,8 V. Tốt nhất là đặt đúng phân loại ngay khi mua.

3. Dòng sạc thực tế vào pin

Con số 1A, 2A, 4A là dòng mạch lấy từ nguồn 5 V, không phải dòng chảy vào pin. Vì mạch tăng áp từ 5 V lên 8,4–16,8 V, dòng vào pin nhỏ hơn dòng lấy từ nguồn:

Cách tính: dòng sạc ≈ 5 V × dòng vào × hiệu suất ÷ điện áp pin. Với hiệu suất khoảng 85 % và pin ở mức giữa (3,7 V mỗi cell), khối 3S dùng cầu 4A nhận khoảng 1,5 A. Khối 3S dung lượng 2000 mAh sạc từ cạn tới đầy mất khoảng 1,5–2 giờ; giai đoạn cuối dòng giảm dần nên thời gian thật dài hơn phép chia đơn giản.

Nguồn 5 V phải cấp đủ dòng đã chọn. Cầu 4A cần nguồn 5 V cấp được 4 A, tức 20 W. Đa số củ sạc điện thoại chỉ cấp 2–3 A ở mức 5 V. Nguồn yếu hơn thì điện áp nguồn sụt, mạch sạc tắt bật liên tục, củ sạc nóng. Với cầu 4A, nên cấp nguồn 5 V từ adapter đủ công suất qua hai chân VIN, GND, hàn bằng dây đủ to.

4. Vì sao vẫn cần mạch bảo vệ BMS

Mạch sạc này chỉ đo tổng điện áp của khối pin. Nó không biết từng cell bên trong đang ở mức nào. Trong khối 3S, nếu ba cell lệch nhau, ví dụ 4,30 V, 4,20 V và 4,10 V, tổng vẫn là 12,6 V và mạch sạc coi là đầy, trong khi cell thứ nhất đã bị sạc quá mức an toàn. Lặp lại nhiều lần, cell đó phồng, nóng, có thể cháy.

Mạch bảo vệ BMS (battery management system) theo dõi từng cell qua các dây cân bằng và ngắt mạch khi:

• một cell vượt khoảng 4,2–4,3 V khi sạc (quá sạc);
• một cell xuống dưới khoảng 2,5–3,0 V khi dùng (xả quá cạn);
• dòng xả vượt mức cho phép hoặc bị chập mạch.

Một số BMS có thêm chức năng cân bằng: xả bớt cell cao hơn bằng điện trở nhỏ khi gần đầy, để các cell dần bằng nhau. Dòng cân bằng chỉ vài chục mA, nên không thay được việc chọn các cell đồng đều ngay từ đầu.

Mạch sạc tăng áp của shop không phải là BMS. Khi làm khối pin 2S, 3S, 4S, cần mua thêm một BMS đúng số cell và dòng xả của tải.

5. Đấu dây mạch sạc, BMS và khối pin

Với khối 3S (cách làm tương tự cho 2S và 4S):

1. B−: cực âm của cell thứ nhất (cell thấp nhất trong chuỗi).
2. B1: điểm nối giữa cell 1 và cell 2.
3. B2: điểm nối giữa cell 2 và cell 3.
4. B+: cực dương của cell cuối. Nhiều BMS không có chân B+ hay P+ riêng: khi đó cực dương tải và mạch sạc lấy thẳng từ cực dương khối pin.
5. P+, P−: đầu ra của BMS. Nối chân BAT của mạch sạc vào P+, GND của mạch sạc vào P−. Tải (ESP32 qua mạch hạ áp, động cơ…) cũng nối vào P+, P−.

Thứ tự nối dây cân bằng: từ thấp lên cao (B−, B1, B2, B+); khi tháo thì làm ngược lại. Trước khi nối, đo điện áp ở từng dây so với B−: B1 khoảng 3,7 V, B2 khoảng 7,4 V, B+ khoảng 11,1 V. Sai thứ tự hay sai điểm nối có thể làm hỏng BMS ngay khi cắm.

Các cell trong khối pin nối với nhau bằng hàn điểm hoặc dùng khay pin có sẵn lá nối. Cách ghép nối tiếp, song song và chọn khay pin được trình bày trong bài về ghép pin 18650 cùng loạt bài này.

6. An toàn khi sạc khối pin nhiều cell

• Chỉ ghép các cell cùng loại, cùng dung lượng, cùng tình trạng; trước khi ghép, sạc hoặc xả để các cell chênh nhau không quá 0,05 V.
• Không sạc pin phồng, móp, chảy dịch, hoặc pin đã xả quá cạn dưới 2,5 V.
• Sạc trên bề mặt không cháy, có người trông trong những lần sạc đầu. Chạm tay kiểm tra: mạch sạc ấm là bình thường, pin nóng là bất thường.
• Không sạc pin Li-ion khi nhiệt độ dưới 0 °C.
• Đặt cầu chì ở dây dương của khối pin, cỡ lớn hơn dòng tải một chút.
• Kiểm tra lại cầu chọn số cell trước khi nối pin lần đầu: đo chân BAT khi chưa nối pin.

7. Lỗi thường gặp

8. Xem thêm

• Sản phẩm: mạch sạc pin 2S, 3S, 4S cổng Type-C, khay pin 18650 1 đến 4 cell, mạch sạc, bảo vệ pin và khay pin 18650.
• Sạc pin Li-ion 1S ở dòng 1 A: thời gian sạc và an toàn.
• Công suất và dung lượng pin: W, mAh, Wh tính thế nào và mạch nối tiếp, song song.
• Mạch hạ áp, tăng áp DC-DC: hạ điện áp khối pin xuống 5 V cho ESP32.

Cần tư vấn chọn phân loại mạch sạc theo khối pin và nguồn sạc, liên hệ PYWORLD qua số 0915703319.