Có phải pin/ắc quy cung cấp dòng điện thuần một chiều không?

Dù tốt hơn các bộ nguồn chuyển mạch đi cùng với nhiều thiết bị audio, video và máy tính, hiệu năng của pin không thể so sánh với hiệu năng của một nguồn cấp tuyến tính với độ nhiễu ồn cực thấp được.

Pin/ắc quy thường sử dụng phản ứng hóa học để tạo ra dòng điện một chiều, và mỗi phản ứng từ mỗi loại pin/ắc quy sẽ lại có đặc điểm nhiễu ồn riêng có thể nghe được. Đó là lý do vì sao có những loại pin đặc biệt như LiO4 có thể đem đến chất âm tốt hơn so vowispin SLA. Mức độ nhiễu ồn của pin cũng thay đổi đáng kể ở mỗi quá trình khác nhau trong chu trình sạc và xả, khiến pin trở thành nguồn cấp điện với chất âm không có sự nhất quán. Bên cạnh đó, pin cũng phải thay thế sau vài năm sử dụng, khiến chi phí không hề thấp chút nào.

Đồng thời, pin/ắc quy cũng có đáp tuyến động chậm hơn nhiều so với mạch cấp nguồn tuyến tính, vì thế chúng không phản ứng kịp với những thay đổi tức thời về mặt dòng điện. Đáp tuyến động chậm hơn cũng dẫn đến việc chất âm của pin có phần chậm hơn, độ động thấp hơn, thiếu chính xác hơn khi so sánh với mạch nguồn tuyến tính.

Nếu quả thực pin có độ nhiễu ồn thấp nhất, các đơn vị quân đội, ngành hàng không và thông tin liên lạc đã sử dụng chúng ở nhiều ứng dụng khác nhau chứ không phải chỉ cho mỗi các thiết bị di động và bộ lưu điện (UPS).

Vậy còn siêu tụ (super cap) thì sao?

Siêu tụ được thiết kế để có lượng điện dung (micro farad) cao trong một khối thể tích nhỏ. Đó là lý do chúng có chữ “siêu” ở trong tên. Các siêu tụ được thiết kế để duy trì bộ nhớ CMOS trong máy tính khi nguồn điện xuất hiện trục trặc. Vì thế, các siêu tụ chưa từng được sử dụng để làm mạch nguồn vĩnh viễn cho các thiết bị audio.

Trong quá trình xả tụ, điện áp đầu ra sẽ thay đổi đáng kể. Như vậy khi mạch kiểm soát quá trình sạc đổi giữa dãy sạc và dãy xả, dãy siêu tụ đã sạc đầy sẽ có điện áp cao hơn hẳn xo với dãy xả. Điều này sẽ gây ra hiện tượng răng cưa với các đỉnh và đáy rất sắc khi biểu diễn trên biểu đồ.

Ngược lại, nguồn điện tuyến tính có điện áp nhất quá với các xung động (do nhiễu ồn gây ra) tương đối nhẹ. Các mạch nguồn này không đòi hỏi phải có nhiều bộ lọc bổ sung để loại bỏ xung động giống như bộ lọc răng cưa dành cho mạch nguồn sử dụng dãy siêu tụ kép.

Bên cạnh đó, siêu tụ cũng có độ bền tương đối thấp. Tuổi thọ ước tính của siêu tụ chỉ khoảng 3 năm, do đó thời gian bảo hành cho loại tụ này cũng không bao giờ vượt quá 3 năm. Ngược lại, một mạch nguồn tuyến tính được thiết kế tốt có thể tồn tại rất lâu, có thể lên đến hàng chục năm liền.

Và cuối cùng, thứ chúng ta nghe được từ mạch nguồn thực chất là từ bộ điều chỉnh cuối (final regulator) dùng để sửa lại điện áp đầu ra, đồng thời dọn bất cứ xung động nào còn sót lại từ dòng điện một chiều. Hầu hết các mạch nguồn dùng siêu tụ chỉ dùng IC điều chỉnh nhiễu ồn thấp với giá rẻ, với hiệu năng khá khiêm tốn. Những mạch nguồn cao cấp hơn có thể sẽ sử dụng module điều chỉnh Belleson với độ nhiễu ồn cực thấp, độ động cực cao – một trong những bộ điều chỉnh tốt nhất trong ngành công nghiệp audio. Không chỉ có độ nhiễu ồn thấp, đáp tuyến động của nó còn cực kỳ nhạy, chỉ mất chưa đến 10uS để từ trạng thái 0 cho đến khi dòng đầu ra lên đến trạng thái trọn vẹn, đảm bảo dòng một chiều sạch và ổn định dù cho điều kiện về dòng thay đổi như thế nào.

Ở những mạch nguồn tuyến tính cực cao cấp, chẳng hạn như dòng Illuminati của thương hiệu Mojo, hãng sản xuất thậm chí còn đặt bộ lọc dùng cuộn cản ở đầu vào. Khi thêm cuộn cản (choke) giữa chỉnh lưu và tụ điện đầu tiên của mạch nguồn, hệ số đỉnh (crest factor) nhiệt và độ mài mòn linh kiện sẽ giảm khoảng 50%. Cuộn cản cũng hoạt động giống như bộ tích điện và tiền điều chỉnh dòng một chiều, từ đó tăng gấp đôi hiệu quả cho tầng lọc kế tiếp.

Cho đến nay, việc sử dụng siêu tụ cho các thiết bị audio vẫn còn là điều gì đó rất xa vời. Các yếu tố như giá thành, độ bền, sự tiện lợi và đặc điểm về chất âm khiến cho việc sử dụng siêu tụ để làm mạch nguồn các thiết bị audio trở nên bất khả thi.

Nguồn : Nguyễn Hào - Tạp Chí Hifi