¿Qué es una fuente de alimentación?
La fuente de alimentación es el encargado de suministrarle la tensión y la necesarias para su funcionamiento a los diferentes componentes que se encuentran dentro del de la PC.
Las fuentes vienen de diferentes potencias, expresadas en watts, las fuentes estándar se fabrican con potencias de 200, 250, 350, 400, 500, etc.
¿Cómo elegir la fuente de alimentación adecuada para una PC?
Para elegir la fuente de alimentación adecuada, se deben sumar todos los consumos del equipo y sumarles 50 wats, pues pueden presentar problemas al producirse el arranque debido a que el disco duro requiere mayor potencia cuando comienza a girar el motor del mismo. A su vez, hay que tener en cuenta que la fuente trabajará menos sobrecargada y a menor temperatura. También se debe recordar que cada dispositivo que se agregue a la computadora y se conecte a la fuente representará un consumo adicional a la misma.
Funcionamiento de una fuente de alimentación
Las fuentes de alimentación convierte la corriente alterna que entrega la red eléctrica a corriente continua que alimenta a la PC.
Al remover la tapa de la PC, la fuente de alimentación se verá como una caja metálica localizada, geenralmente, en la esquina superior trasera.
De hecho este componente cuenta con una entrada de alimentación y un ventilador de refrigeración, que se puede identificar en la parte superior del equipo, sin necesidad de abrirlo.
De la fuente de alimentación salen una serie de cables de colores que llevan energía a las diferentes partes del computador. Algunos de esos conductores trabajan con 3,3 o 5,5 voltios (para alimentar los circuitos digitales) y otros con 12 voltios (para hacer funcionar los ventiladores).
Cabe aclarar que la fuente de alimentación no es un transformador. Tiene dentro un transformador encargado de disminuir la tensión de entrada a los valores de trabajo de la fuente (los que va a entregar) y uno o dos más de acople, pero no constituyen toda la fuente. Este es un dispositivo netamente y como todo dispositivo electrónico, está constituido por etapas, las cuales explicaré más adelante.
Pasos para remover fuente del gabinete
1- desconectar el cable de la red eléctrica que alimenta a la computadora
2- abrir el gabinete
3- quitar los tornillos de fijación de la fuente con el gabinete
4- desenchufar todos los conectores que salen de la fuente
5- si la fuente es AT, retirar los cables que enchufan en el interruptor de encendido y apagado de la computadora tomando nota de cómo están colocados. Los interruptores suelen dividirse verticalmente en dos secciones para que a cada lado se acompañen los cables negro-café y azul-blanco cuando se trata de fuentes con 4 cables. Cuando la fuentes tiene sólo 2 cables, hay que conectarlos del mismo lado del switch.
6- retirar los tornillos que ajustan la fuente al chasis de la computadora
7- quitar la fuente teniendo cuidado de no mover ningún otro dispositivo.
Se deberán esperar por lo menos 15 minutos antes de desarmar o abrir la fuente para que ésta se descargue. Es importante recordar que los filtros de gran capacidad mantienen acumulada una considerable energía eléctrica siendo ésta alrededor de 310 V, si bien estos capacitores de filtro tienen incorporados resistencias de descarga de 150 KΩ y 1/2 W, en algunos casos o en los casos de las fuentes económicas, los mismos no existen o no están colocados sobre ambos filtros con lo cual se pueden recibir una descarga eléctrica muy desagradable.
Etapas de una fuente de alimentación
Una fuente de alimentación está dividida en etapas, donde cada una de ellas cumple una función. Las etapas siguientes se explican en el mismo sentido en que pasa la corriente eléctrica:
Etapa de protección
Esta etapa se encarga de proteger la fuente en caso de que icurra algún problema, ya sea inteno o no de la fuente.
Está constituida por un fusible y un termistor.
En teoría, esta etapa (especialmente el fusible), debería ser lo primero que debería romperse en caso de problemas, pero no siempre sucede así, hay casos en los que se rompen otros componentes de la fuente y el fusible sigue bien. El termistor es bastante difícil que se rompa y en caso de hacerlo, es fácil de detectar, ya que revienta.
Etapa de filtro de línea
Esta etapa la constituye un filtro LC (bobina - capacitor).
Su función es eliminar el "ruido" en la red eléctrica. Esta etapa normalmente no da problemas.
Etapa rectificadora de entrada
Está constituida por lo que se conoce como un puente de diodos (circuito conformado por 4 diodos o un integrado), el cual se utiliza como rectificador.
Este componente convierte la onda alterna de entrada en una señal positiva pulsante, este es el primer paso para obtener una señal continua a partir de una alterna
Etapa de filtro de entrada
La conforman dos capacitores electrolíticos.
Estos se encargan de disminuir el rizado de la señal proveniente de la etapa rectificadora, obteniendo una señal casi continua. Para hacer esto, almacenan la carga eléctrica y la entrega cuando es necesario. Cerca de los condensadores hay una resistencia de potencia, a la cual se la conoce como bleeder. Cuando se apaga la PC, esta resistencia descarga lentamente los capacitores para prevenir posibles roturas de éstos.
Etapa conmutadora
Está constituida por los 2 dispositivos que le confieren a la fuente el sobrenombre de switching o conmutada: 2 transistores de potencia.
Estos dispositivos se encargan se convertir la señal casi continua proveniente d elos capacitores nuevamente en una señal alterna, pero con una frecuencia mayor (50hz de la red eléctrica en aproximadamente 18000 hz).
Etapa transformadora
Está constituida por un transformador (o Chopper), este transformador tiene varios bobinados para generar las diferentes tensiones de la fuente de alimentación.
Otra función que cumple es la de separar eléctricamente a las etapas de entrada de las de salida, siendo un acople de éstas del tipo magnético.
Etapa rectificadora de salida
Debido a que el transformador entrega una corriente alterna, pero con alta frecuencia, y se tiene que entregar una corriente continua, no se usan diodos normales sino que se utilizan dispositivos conocidos como dobles diodos o diodos de potencia.
Aquí existen tantas etapas como voltajes se entregan: una para 12V y otra para 5V (tanto positivos como negativos). La salida de esta etapa es casi una señal continua pura.
Etapa de filtro de salida
A diferencia del filtro de entrada, aquí no se utilizan sólo capacitores, sino también bobinas (filtro LC) debido a que tiene una mejor respuesta en el manejo de grandes corrientes (cercanas a los 12 - 15 Amperios). Su implementación se hace necesaria debido a los tiempos de recuperación de los diodos utilizados en la etapa anterior, los cuales impiden obtener una salida continua perfecta en la etapa anterior, cosa que si se logra en esta etapa. De aquí salen ya las tensiones de trabajo de la fuente (5 y 12V)
Etapa de control
Por último, esta etapa se encarga de verificar el trabajo de la fuente, Esta etapa tiene su centro en el circuito integrado TL494 (o DBL494) el cual es un modulador de ancho de pulso.
Este integrado regula la velocidad de conmutación d elos transistores switching, de a cuerdo a la corriente que exija a la fuente en un momento dado; asimismo, de esta etapa, sale una señal denominada Power Good (el cable naranja en las fuentes AT y el gris en las ATX) cuyo valor normal es 5V. Esta señal va directamente a la placa madre. En caso de ocurrir alguna falla su valor desciende a 0V; esta señal es el pulso de la fuente, la placa madre lo toma como referencia y en caso de problemas, corta automáticamente el suministro de energía a todos los dispositivos conectados a ella para evitar un posible daño a los mismos.
Fuentes tipo AT y ATX Rev 1 y 2
Existen 2 tipos de gabinetes y placas madres que utilizan distintos tipos de fuentes de alimentación con diferentes conectores: los AT y los ATX. Las primeras eran las estándar antes de la aparición del microprocesador Pentium 2 de Intel, junto con el cual llegaron las placas madres con conectores ATX junto a los clásicos AT.
Las fuentes más antiguas son las AT, estas se conectaban al interruptor del gabinete AT para que se pudiera controlar el encendido/apagado de la misma.
El conector de una fuente AT es el siguiente:
Este conector se conecta a la placa madre haciendo que los cables negros de cada uno de los conectores queden juntos.
El conector de una fuente ATX es el siguiente y se conecta a la placa madre en un solo sentido ya que no permite que se conecte al revés.
El conector de una fuente ATX revisión 2 es el siguiente:
Deben tener en cuenta que las corrientes de salida dependen de cada fuente en particular, por lo que las corrientes presentes en las tables anteriores sólo deben ser tomadas como ejemplos.
La cantidad de canales (rails) independientes de una fuente debe ser, al menos, dos canales de +12V separados para fuentes de más de 600W. Existen modelos con mayor número de canales independientes, de tres y cuatro, los cuales se recomiendan para equipos high-end, al realizar overclocking extremo o bien, al montar sistemas SLI/Crossfire.
La eficiencia de la fuente indica su rendimiento con respecto al consumo total. Ningún dispositivo electrónico es 100% eficiente: siempre, una parte de la energía se perderá, generalmente disipandose en forma de calor. Si la fuente posee una eficiencia menor al 100%, deberá obtener mayor cantidad de energía de la instalación eléctrica para compensar los watts perdidos. Una eficiencia normal para una fuente decente es de alrededor de 65%, aunque las mejores fuentes pueden llegar a valores del orden del 85%. Podemos asegurarnos de que nuestro dispositivo es altamente eficiente si posee la certificación 80Plus, que nos asegura una eficiencia del 80% como mínimo. Una fuente genérica es más barata pero mucho menos eficiente, lo cual, con el tiempo, nos hará consumir más energía para poder usar nuestro equipo. Se recomienda adquirir fuentes con corrección de factor d epotencia (Power Factor Correction) activo, aunque muchas veces los costos lo tornan prohibitivo. En este caso, podemos optar una que posea corrección pasiva. Esto impacta directamente en la eficiencia de la fuente.
Las fuentes modulares permiten conectar y desconectar los cables que alimentan a los dispositivos internos. Son convenientes en casos en los que se cuenta con un gabinete de dimensiones re¡ducidas, si s edispone d emucho hardware, si se utilizan sistemas de refrigeración por agua, o bien, si se realiza overclocking extremo.
Las protecciones que las fuentes de buena calidad incluyen son circuitos especiales que le spermite reaccionar ante fallas, tanto internas como externas imprevistas: cortocircuitos, sobrecargas de tensión o corriente y altas temperaturas. Si alguno de estos inconvenientes sucede, la fuente se apaga automáticamente y protege la PC al no seguir entregando energía. Una fuente común y corriente no cuente con todas las protecciones extra.
Diferencias entre las fuentes AT y las ATX
* Las fuentes AT poseen un interruptor frontal que corta la tensión de 220V, mientras que las ATX tienen un pulsador (este envía un pulso a la fuente para que se active)
* El tipo de conector de una AT que conecta la placa madre son de tipo P8 y P9, este se conecta en 2 piezas, mientras que en las ATX es un solo conector de 20 ó 24 contactos llamado P1
* Las fuentes ATX son administrables, mientras que las AT no lo son, es decir, si la PC tiene la opción Wake On Lan en la BIOS se puede encender la PC desde otra PC en la red.
Fuentes BTX
BTX es una arquitectura nueva de las placas madre impulsada por Intel que procura que la zona de calor se desconcentre, por lo tanto, cambia la situación de algunos componentes. El microprocesador se sitúa lo más bajo posible para aprovechar las corrientes de aire fría.
Esta nueva arquitectura surge debido a las altas temperaturas que desarrollan tanto el microprocesador como las placas de video.
Para instalar una fuente BTX, primero la placa madre debe admitir esta tecnología y es necesario utilizar un gabinete especial para este formato de fuente ya que cambia la distribución d elo componentes de este.
Conector PCI (6 y 8 termninales)
Las tarjetas de video que incorporan tecnologías SLI y X-FIRE requieren una buena alimentación debido al alto consumo de energía eléctrica, por lo tanto las placas madres ya no son un medio efectivo para transmitir esta alimentación, por lo tanto se han integrado conexiones directas entre las fuentes ATX y las tarjetas de video.
Este tipo de fuentes no son especiales, es decir, se pueden colocar adaptadores a una fuente ATX estándar si ésta no la incluyera de fábrica.
Rendimiento
El aspecto más importante dentro de las especificaciones técnicas de una fuente de alimentación es su potencia, medida en watts. El nombre real de este parámetro es el de potencia máxima combinada, que suma la potencia máxima posible de todas las salidas de la fuentes, ya que en cada tipo de conector son distintas. Lo mismo sucede son la corriente máxima de salida, medida en amperes. La eficiencia de la potencia combinada de la fuente debe ser mayor al total de la suma de los consumos de los dispositivos internos internos.
Corrección del factor de potencia
Cada equipo del hogar, y también las fuentes de alimentación para PC funcionan absorbiendo energía y disipando potencia, que está formada por 2 partes principales: la activa (que es la que conmunmente factura) y la reactiva, que no corresponde a la que se aprovecha de forma efectiva, sino que se malgasta por efecto de potencia sin correción. Introduciendo el factor el factor de corrección de potencia en las fuentes para PC, se incrementa el factor de carga reduciendo la potencia reactiva. Este método puede ser aprovechado de 2 formas: PFC activo: consiste en un circuito electrónico interno a la fuente de alimentación que asume función d emodificar el factor de potencia llegando a valores cercanos a la unidad, para que prácticamente toda la potencia ofrecida por la red sea aprovechada por la fuente de alimentación.
Éste es el método más efectivo para realizar la corrección, y puede, al menos en teoría, hacerlo hasta aprovechar la energía en un 95%, pero lo normal es que ronde un valor de 80% a 90% lo cual es más aceptable. La contra de esta técnica es que es más costosa, al emplear un circuito dedicado concomponentes específicos para este fin. PFC pasivo: es el tipo de corrección del factor de potencia más utilizado. Se efectúa mediante componentes pasivos (resistencias y capacitores) que componen un filtro capacitivo de entrada para aplicar la corrección del factor de potencia de la energía entrante. No logra utilizar todo el potencial de la línea eléctrica, pero su producción e implementación en las fuentes de alimentación para PC es más económica.
Número de canales (rails) independientes
Actualmente se recomienda que las fuentes tengan canales independientes, de modo de evitar sobrecargas indeseadas ante un alto consumo de las tarjetas gráficas de madianas a altas prestaciones, las cuales hacen uso intensivo de la línea de 12 volts. Muchos usuarios suelen confundir éste término con los cables de seis contactos que parten de la fuente hacía las tarjetas gráficas, pero eso es un error: puede haber varios conectores y de distinto tipo utilizando el mismo canal de salida. El concepto Dual Rail 12v, que es requisito para el estándar ATX 2, es una medida de seguridad que no significa que la fuente de alimentación cuente con dos circuitos independientes para la conversión a +12V, sino que se fracciona en dos (o más) carriles separados para dividir la carga en circuitos separados con protecciones de sobrecarga distintas. Entonces, en definitiva, lo que sucede es que es menor la cantidad de corriente que podría llegar a circular por uno de los circuitos ante una sobrecarga, lo que teóricamente evitaría que se dañe el resto de los dispositivos conectados a la computadora.
Eficiencia
La eficiencia o rendimiento de una fuente es un parámetro que está íntimamente ligado al factor de potencia y a los mecanismos para corregirlo. Se mide como el cociente entre la potencia consumida por la fuente por la potencia entregada y multiplicado por 100. La eficiencia de una fuente sin corrección de factor de potencia es muy baja, del orden del 50%, con el evidente desperdicio de energía.
Problemas de una fuente
Una fuente con problemas puede ocasionar los siguientes problemas:
* la computadora se queda colgada de forma intermitente
* el sistema se reinicia en forma imprevista
* se producen errores aleatorios en la verificación de paridad de las memorias
* los conectores dan descargas eléctricas peligrosas
* los puertos serie funcionan en forma intermitente o dejan de funcionar por completo
* los discos duros dejan de funcionar o no pueden arrancar
* una señal del power good enviada prematuramente provoca una reinicialización espontánea del microprocesador.
Reparación
Para su control o reparación, la misma debe estar siempre bajo carga (con un dispositivo que genere consumo), ya que la mayoría de las fuentes no deben operar sin ningún dispositivo conectado. Luego con la ayuda de un tester digital conectado a las resistencias de carga se pueden realizar todas las comprobaciones rutinarias de funcionamiento.
Soluciones
A continuación, nombraré las soluciones a las falas más comunes que presentan las fuentes:
* Los filtros de alta tensión están reventados por picos o transitorios de la tensión de línea o por la ubicación incorrecta de la llave selectora de tensión de entrada. Si usando 220V se coloca en forma accidental en 110V, la tensión rectificada pasa a ser mayor de 620V. Se debe limpiar cuidadosamente toda la plaqueta con alcoho isopropílico y reemplazar ambos filtros.
* Los diodos del puente rectificador primario están en cortocircuito. Se deben reemplazar por otros de similares características.
* El protector NTC (normalmente de 4,7Ω, midiéndolo en frío) se encuentra abierto. Se debe reemplazar por otro NTC (no utilizar una resistencia común de alambre)
* Los transistores de potencia están en cortocircuito. Se deben reemplazar por otros de características equivalentes.
* Las resistencias en serie con los emisores de los transistores de salida están quemadas, siendo éstas de bajo valor (entre 0,22Ω, 2W y 0,47Ω, 2W). Reemplazarlas
* Los diodos rápidos de salida de +5V y +12V están en cortocircuito por lo cual la fuente no arranca, hay que tener en cuenta que al medirlos con un tester (con la escala en posición de diodo), la tensión en directa es de 0,15V a 0,3V pudiendo llegar a interpretarse como un cortocircuito. Reemplazarlos por otros de similares características
* Hay cortocircuitos en el circuito secundario, presentando un comportamiento parecido al anterior en el que la fuente intenta su arranque sin poder lograrlo. Hay que detectar dónde está el cortocircuito y eliminarlo. Generalmente se produce en los diodos o en los filtros de salida.
* Las tensiones e salida están en exceso o son más bajas de lo normal, por lo cual hay que controlar los filtros de bajo valor que suelen alterarse o modificar los valores en los presets de ajuste de tensión de salida. También suelen alterarse los valores de tensión de los diodos zener.
* El ventilador produce ruidos por desgaste, suciedad o falta de lubricación en los bujes o rodamientos, que son muy notables a la hora de encender la computadora, aunque luego van desapareciendo. Se deben lubricar con aceite
* El ventilador ofrece poco caudal de enfriamiento. Se debe lubricar o cambiar por otro nuevo.
Procedimiento práctico para reparar fuentes
1- Si el fusible está quemado, antes de reemplazarlo por otro, comenzar midiendo los diodo o el puente rectificador. Los diodos comunes conducen corriente en un solo sentido. Si al invertir las puntas del tester conducen en los dos sentidos es que están en corto y hay que reemplazarlos. Nunca se debe soldar un alambre en lugar del fusible, esto puede producir que la fuente se deteriore aún más.
2- Continuamos desoldando, y midiendo los transistores de conmutación de entrada de línea. La mayoría de ellos son NPN, al medirlos recordar las junturas de base-colector o base-emisor deben conducir en un solo sentido, si bajan muy baja resistencia deben ser reemplazados.
3- Corroborar que los filtros o capacitores electrolíticos no estén defectuosos. Visualmente se puede ver si derramaron aceite, si estallaron o si están en cortocircuito.
4- Existen 4 resistencias asociadas a los transistores de potencia que suelen deteriorarse, especialmente si estos se ponen en corto. Los valores varían entre las distintas marcas, pero se identifican pues 2 de ellas se conectan a las bases de dichos transistores y rondan los 330 KΩ mientras que las otras 2 son de aproximadamente 2,2Ω y se conectan a los emisores de los transistores.
5- El arranque de la fuente se obtiene por un capacitor del tipo poliéster en serie con el transformador de entrada y una resistencia de aproximadamente 10Ω. Si se abre alguno de estos componentes la fuente no arranca.
6- Al momento de probar la fuente, ya que estas funcionan directamente con tensión de línea, es recomendable conectarla con un transformador aislador de línea del tipo 220V-220V o 110V-110V. Esto evitar riesgos innecesarios y peligro de electrocución. También se puede conectar una lámpara en serie de 100W por si existe algún cortocircuito.
7- Las fuentes ATX necesitan un pulso de arranque para iniciar. Se puede conectar la alimentación a la placa madre sin necesidad de conectar el rsto de los elementos. Pero esto sólo se hará después de haber comprobado que la fuente no está en corto, con el procedimiento anterior.
8- Si después de aplicar este procedimiento sigue sin funcionar ya será necesario comprobar el oscilador y para ello se debe contar con un osciloscopio de 20Mhz.
Los integrados modulares de pulsos de la mayoría de fuentes están en los manuales de circuito tipo el ECG de Philips o similares.
Se comienza por verificar la alimentación de dicho integrado y las tensiones en als distintas etapas. También se pueden verificar en frío (es decir, sin estar conectada la fuente) que no halla diodos en corto. En estas fuentes suelen utilizarse diodos del tipo 1N4148 de baja señal que suelen estropearse con facilidad y diodos zener que suelen ponerse en corto si se cambió accidentalmente la tensión de alimentación de la fuente.
En la mayoría de las fuentes hay rectificadores integrados que físicamente se parecen a los transistores pero internamente son sólo 2 diodos. Se pueden retirar y medirlos fuera del circuito pues el transformador con el cual trabajan hará parecer, al medirlo, que están en corto
Tips
* Algunas veces si la fuente trabaja intermitente, especialmente en frío, no arranca o lo hace luego de varios intentos de prenderla y apagarla, es por lo general, que los diodos 1N4140 o similares tienen fuga o los capacitores pequeños estén casi secos.
* En el secundario del transformador pequeño hay generalmente pares de transistores, diodos 1N4140, y capacitores pequeños a los que hay que desconectar y verificar fugas o cortos, al igual que del área primaria. Suelen suceder, en ocasiones, que los transistores pequeños, siguiendo el orden de sus características con el tester, parecen estar bien pero resulta que en ambos no debería haber resistencia entre el colector y el emisor y sin embargo haciendo pulsos con las puntas de prueba entre las patitas mencionadas resulta que el tester marca fugazmente fuga muy alta. Al reemplazarlos las fuentes encienden sin problemas en frío.
* Verificar si no hay cortocircuito en cada una de las salidas de los cables rojo/amarillo/azul y blanco, que corresponden a los +5, +12, -5 y -12 respectivamente, de ser así seguir el circuito levantando componentes y verificándolos lo que solo puede haber en pantalla es una resistencia en paralelo con la masa cable negro de entre 40/300Ω, peor no un corto bien claro.
Tensión de Power Good
* Al final de la reparación la medición más importante de las tensiones es la tensión denominada Power Good, tensión de control. Todas las fuentes la tienen y es el cable naranja en las fuentes AT o gris en las ATX que en la placa de la fuente puede o no estar identificado, pero es el cable que sobra a la salida de la fuente, y no responde a ninguna de las tensiones mencionadas anteriormente.
* Para comprobarla, estando cargada la fuente con una lámpara de 12V 40W la salida de los +5V (entre el cable rojo y uno de los cables negros), la tensión en power Good debe ser igual a 5V. De no estar presente esa tensión, seguir sus conexiones y comprobar los componentes involucrados, puede haber alguna fuga o bien algún transistor pequeño dañado o falso contacto
* En algunas ocasiones el responsable de la falla es el circuito integrado de control, en otras alguna resistencia fuera de valor o hasta uno de los capacitores pequeños en el área primaria hacia que trabajara uno solo de los transistores y la tensión de +12V estaba siempre presente, pero no así las restantes.
* El interior de las fuentes de altas prestaciones está repleto de capacitores de buena calidad y grandes disipadores de aluminio; a ello se debe su mayor peso total
* Las fuentes de buena calidad se caracterizan por poseer un ventilador de mayor tamaño al convencional. Su cooler suele ser de 140 mms
* Las fuentes genéricas suelen suplir a los equipos de gama baja, y su vida útil y su eficiencia dejan mucho que desear
* La marca de una fuente es uno de los factores más importantes a la hora de comprar una fuente.
