[TECNOLOGIA] Conociendo a fondo una fuente ATX

Teotekaplan · Ultima edición por Teotekaplan el Sab, 22 Oct 2005 9:16 pm, editado 1 vez

LA fuente de alimentación es uno de los elementos más importantes, por no decir el más importante, que conforman un ordenador personal. De ella depende en buena parte la salud de los diferentes componentes electrónicos que habitan dentro de nuestra moddeada torre.

Muchos, o todos, conocemos de primera mano los problemas y quebraderos de cabeza que un mal funcionamiento de nuestra fuente de alimentación puede causarnos, sin hablar de los daños cuantiosos que puede provocar una avería en nuestra fuente de alimentación.

Nuestro ordenador personal es un equipamiento electrónico muy diverso, compuesto de decenas de sistemas electrónicos con características diferentes que requieren tensiones de alimentación adecuadas a cada uno de ellos. Es por esto por lo que la fuente de alimentación ha de ser capaz de suministrar diferentes tensiones.

Por otro lado, cuanta más compleja es la circuitería, más sensible se vuelve a la señal de alimentación que reciben, siendo un tema especialmente delicado el asegurar que los componentes electrónicos reciben una tensión constante dentro de unos márgenes de tolerancia bastante estrechos.

Además de esto, existe una gran demanda de corriente (una gran potencia de consumo) por parte de nuestra máquina y esto es una gran complicación a la hora de diseñar una fuente de alimentación adecuada a estas necesidades.

Para poder ofrecer un consumo tan grande, que según la máquina y las tareas que estemos realizando puede oscilar entre los 80 y los 500W, y también para conseguir un tamaño y peso suficientemente equilibrados como para poder introducirla en nuestra torre, se ha de recurrir obligatoriamente a una fuente de alimentación conmutada sin transformador.

Dentro de nuestra fuente, la tensión de 220V de la red eléctrica, es reducida, nivelada y monitorizada constantemente por una serie de circuitos electrónicos con funciones muy específicas y elementos que son comunes en el diseño de cualquier tipo de fuente de alimentación conmutada, no sólo para PC, que podamos encontrar en el mercado.

Para ir conociendo la arquitectura y funcionamiento de nuestra fuente, nada mejor que ir desgranando los entresijos de una fuente real. Para ello comenzaremos por el esquema eléctrico de una fuente ATX de 230W y, usando la ingeniería inversa, estableciendo qué partes la componen y su forma de operar.

El esquema de la fuente analizada es el siguiente

Está dividida en seis bloques diferenciados que cumplen las siguientes tareas:

A- Conversor AC-DC de alta tensión
B- Fuente Stand-by
C- Conversor DC-DC
D- Etapa de salida
E- Aislamiento eléctrico
F- Supervisión y control

A continuación iremos bloque por bloque.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Teotekaplan

O también llamado "rectificación y filtrado"

La tensión de red atraviesa en primer lugar un fusible y una resistencia PTC. Ésta varía su valor dependiendo de la temperatura, pero de forma inversa a una NTC (lo que conocemos como sondas de temperatura) es decir, a mayor temperatura, mayor resistencia (Positive Temperature Coefficient). Si la fuente comienza a demandar corriente de una forma exagerada, este componente se irá calentando y, al aumentar su resistencia, impedirá que la fuente siga alimentándose de los 220V de la red.

Después llegamos a una etapa de pre filtrado compuesta por los dos condensadores CY1,CY2 y R1. La misión de esta resistencia es descargar los condensadores cuando desenchufamos la fuente, ya que cada uno de ellos se carga a 110V. En la unión de ambos, generamos la toma de tierra virtual, que será el negativo de los mólex.

Nos encontramos ahora con un rectificador en puente y dos condensadores electrolíticos de filtro. Como puede observarse, disponen de sus correspondientes resistencias de descarga. La salida de esta parte del circuito es una tensión contínua 220 * 1.4142 = 311 Voltios.

Nos encontramos ante una etapa donde hay presente una alta tensión y capaz de suministrar una intensidad de varios amperios.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Teotekaplan · Publicado: Jue, 20 Oct 2005 11:40 pm **Asunto**: B - Fuente de Stand By

O fuente auxiliar.

Cuando conectamos nuestra fuente a la red eléctrica, ésta entra en modo de espera, o modo Stand By. En las fuentes AT esta parte no existe porque encendíamos y apagábamos cortando la alimentación principal, pero en las ATX, existe una circuitería especial que activa la fuente cuando pulsamos el botón on/off y, además, existe una tensión de 5 voltios presente aún cuando tenemos la fuente apagada.

Esta parte del circuito se encarga de proporcionar una tensión de 5 voltios y baja intensidad que alimenta los circuitos de control de la fuente y la tensión de +5VSB que llega a la placa madre.

A esta etapa le llegan directamente los 310 V de contínua procedentes de la etapa de rectificación y filtrado. Debemos, por tanto, seguir extremando las precauciones a la hora de manipular esta parte cuando está conectada.

Se trata de una fuente de alimentación conmutada tipo "buck" o también conocido como "conversor DC-DC". En su forma básica consta de un circuito oscilador formado por los dos transistores y uno de los bobinados del transformador. Éste oscilador funciona en modo PWM, proporcionando en la salida unos pulsos de alta frecuencia cuya anchura varía en función de la tensión que debe suministrar en salida.

A la salida de este primer transformador (el más pequeño en tamaño dentro de la fuente) nos encontramos con un filtro L-C típico de este sistema de alimentación buck.

En la parte inferior, un optoacoplador y los componentes a su derecha toman una muestra de la tensión de salida y la inyectan en el oscilador, permitiendo que éste pueda responder a las variaciones de tensión y estabilizarla.

Aquí ya nos encontramos un detalle importante. Si nos fijamos detenidamente, podemos observar que no hay conexión eléctrica física entre la parte izquierda y la derecha del circuito. Por un lado tenemos un transformador con bobinados aislados entre sí y por otro, un optoacoplador de realimentación, o feedback.

Este es el primer requisito que debemos cumplir cuando deseamos alimentar un circuito electrónico a partir de la tensión de red: Aislarlo completamente. Esto ya pone una barrera importante a una fuente de problemas, ya que esto nos asegura que en ningún momento, los 310V van a alcanzar los conectores de salida con fatales consecuencias.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Teotekaplan · Publicado: Jue, 20 Oct 2005 11:49 pm **Asunto**: C - Control PWM

El primer corazón del circuito.

En este caso, es un circuito integrado, el que forma un oscilador PWM. Nuevamente, se trata de una parte alimentada a 310V. No hace falta que os repita las precauciones Malo o Muy Enfadado

Este circuito integrado incorpora todo lo necesario para generar unos pulsos PWM perfectamente equilibrados y controlados.

Recibe su alimentación de la etapa B, la fuente Stand By necesaria para el funcionamiento del integrado. El transistor mosfet, es el encargado de controlar a raíz de esos pulsos, el transformador principal que proporciona las diferentes tensiones. En extremos de ese transistor podemos encontrar picos de tensión de más de 700 voltios ya que está conectado a una bobina funcionando constantemente en modo conexión - desconexión. Fijaros en el condensador C3 situado arriba a la derecha cuya tensión de trabajo es de 1KV.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Teotekaplan

Nos transforma los pulsos de alta tensión procedentes del bobinado primario del transformador, en pulsos de baja tensión.

El transformador de potencia consta de varios bobinados ajustados para obtener las tres tensiones principales: +3.3 , +5 y +12 Voltios. Éstos pulsos de baja tensión son rectificados por unos conjuntos de diodos rápidos. Éstos son iguales a los diodos rectificadores que encontramos, por ejemplo, en el puente de la etapa A con la salvedad de que al funcionar a muy alta frecuencia, deber ser capaces de conmutar al ritmo que marque el oscilador de la fuente. Normalmente se encienden y apagan a un ritmo de 200.000 veces por segundo.

Atravesando la primera etapa de rectificación, llegamos a los filtros L-C que convierten los pulsos en las tensiones contínuas de las que hablamos antes.

Diferentes combinaciones a la salida del transformador, nos permiten tener en una misma fuente dos modos de funcionamiento: Buck, que hemos visto antes y "flyback" o inversor, que nos proporciona la tensión de -12 voltios. Los 5 voltios negativos los obtenemos de los -12 con un simple regulador 7905.

Por enmedio, vemos cuatro bobinas en horizontal marcadas como L1. Ésta es una bobina especial, normalmente en forma toroidal -donut- que tiene una construcción y una misión muy especial.

Cada bobinado consta de un número de espiras múltiplo de la tensión que recibe. Explicándome mejor, la bobina de los 12 voltios tendrá 12, 24, 36, 48 vuelta. La de los 5 voltios tendrá 5,10,15,20 vueltas... y con todos los bobinados enrollados en el mismo sentido.

Esta configuración convierte este conjunto de bobinas en un autotransformador cuyo fin es compensar las diferentes salidas de la fuente cuando las cargas -potencia consumida- en cada salida es muy diferente o varía rápidamente.

Al estar todas las tensiones sacadas de un único transformador principal, es posible que una variación de la carga en una de las salidas pueda afectar a las demás. Este conjunto de bobinas amortigua y evita este efecto.

En la parte inferior izquierda vemos un optoacoplador. Como en el caso de la anterior fuente (la de stand-by) nos sirve para recoger una muestra de la tensión de salida (normalmente se monitoriza la línea de 12V) y enviarla al control PWM para que pueda ajustar su salida a la demanda de nuestro PC.

Observamos nuevamente cómo ambas partes del circuito están completamente aisladas eléctricamente. Volviendo a imposibilitar que 310 voltios frían la electrónica del ordenador.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Teotekaplan · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 12:06 am **Asunto**: E - Aislamiento eléctrico

Nueva medida de seguridad

El optoacoplador superior conecta la etapa de potencia con el control PWM yal y como hemos visto antes. El inferior, por su parte, se encarga de conectar la etapa que nos queda por ver de supervisión y control con la etapa PWM.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Teotekaplan

Tan importante como las demás etapas, es esta

Está consituída en esta ocasión por un integrado específicamente diseñado para esta labor, aunque nos podemos encontrar etapas de supervisión diseñadas con componentes discretos tales como transistores y amplificadores operacionales.

Recibe alimentación en cuanto enchufamos la fuente a la toma de corriente, a través de el conversor de stand by y tiene como tarea principal activar y desactivar el oscilador PWM. Es el que decide cuándo la fuente está apagada y cuándo encendida.

Por una parte, controlamos el encendido de forma manual a través de la línea PS/ON (el cable verde del mólex de la placa que hemos de poner a masa para arrancarla).

Por otro lado, toma una muestra de las tensiones de salida lo que permite apagar instantáneamente la fuente en caso de que se salgan de un rango. Por ejemplo, cuando hacemos un cortocircuito entre dos de las salidas, o entre una y masa. Si este circuito no existiera e hiciéramos un cortocircuito, comenzaríamos a demandar una intensidad tan alta que la fuente sería incapaz de mantener las tensiones en salida. Entraría en acción el sistema de muestreo de la etapa de potencia, indicando a la fuente que suministre unos pulsos más anchos y de más potencia para compensar las pérdidas.

Irremediablemente esto llevaría a la destrucción y seguramente algún conato de incendio, de la fuente. Recordamos que existe una protección térmica a la entrada de la etapa A, pero su tiempo de respuesta es demasiado lento para este tipo de situaciones.

Su tercera misión, informar al sistema de cuándo la fuente de alimentación está preparada para suministrar tensiones estables. Es el cable "Power good".

La fuente de alimentación no arranca de golpe, porque sería un pico de corriente importante que seguramente haría saltar los automáticos de la casa, por ello el oscilador comienza entregando pulsos muy estrechos, que va ensanchando hasta llegar a las tensiones requeridas. Ésto requiere un tiempo de unos milisegundos. Durante ese tiempo, la patilla power good permanece desactivada y únicamente se activa cuando la fuente está funcionando en régimen normal.

Normalmente esta patilla está conectada a los circuitos de reset del ordenador, de forma que el ordenador no puede arrancar hasta que la fuente está preparada, evitando daños a la circuitería.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Teotekaplan · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 12:16 am **Asunto**:

--FIN DE ESTA GUIA-- hehehe...

Weno, edito... alguien comentó que debíamos poner los costes cuando hacemos una guía... hehehe... weno yo no compré nada y no gasté un euro, pero puedo decir que...

Desde la propuesta de esta publicación, he visitado más de 30 páginas web relativas a las fuentes de alimentación para PC y leído más de 20 documentos al respecto. Después de recoger y evaluar varios esquemas, después de unas cinco horas he decidido que ésta fuente sería la protagonista de la entrega.

Sumando una media hora de photoshop para preparar las imágenes y cerca de hora y media escribiendo sin descanso...

Esta guía cuesta ocho horas... aproximadamente 200 euros.

'Me lo contaron y lo olvidé. Lo vi y lo entendí. Lo hice y lo aprendí.'

Jose_JN · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 12:19 am **Asunto**:

SIN PALABRAS. Vuelves a hacer que me quite el sombrero.

Pregunta: Hay alguna forma de alimentar la fuente a 12V??
Supongo que quitando vueltas al primer bobinado de la etapa D y de la etapa B y eliminando toda la parte de Alta Tension se podria...

Yggdrasil · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 12:26 am **Asunto**:

WoW .... ¡Acojonante!
Sorprendido

Aprendo mucho con estas cosas, gracias por seguir poniendo guías de HW!

Ya solo te falta poner lo de los filtros PFC!

Teotekaplan · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 12:28 am **Asunto**:

Teotekaplan · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 12:29 am **Asunto**:

Seffyr · modder País: Sexo: Registrado: 08 June 2005 Mensajes: 255

Muy bueno Teo.

Athlon XP-M 2500+@4000+ (211x12) // Abit AN7
2x512MB OCZ DDR400@422 2-2-2-11
Radeon 9700pro 325/310@375/355

Mamel · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 12:55 am **Asunto**:

Me apabullas, Teo.
. Asustado

.

.

El que sabe, sabe.

Enhorabuena por la explicación.

KELWIN · Publicado: Vie, 21 Oct 2005 1:31 am **Asunto**:

Hola Teo, excelente de verdad... estaba pensando en pq no la pones dentro de las guias de la pagina? pq sabes, un post se va perdiendo con el tiempo, pero la guia permanece... Riendo

te felicito de verdad!!!


Vivir el modding / Iniciarse en el modding	Modding · Artículos · Guías · Guías de los usuarios · Reviews · Enviar Noticia · Top 10 · Temas	22 de May de 2012 20:36