FUENTES DE PODER
BUENFIL BALAM FELIPE ANTONIO. MARIA TERESA CABALLERO.
FUENTE DE PODER. La fuente de poder es una parte del ordenador que recibe la energía a través de los tomacorrientes, esa energía que se recibe se llama tensión alterna, se encuentra medida en 110 voltios o 220 voltios. Esta energía es inestable, estabiliza la tensión alterna y la transforma a tensión continua, esta tensión es estable y son bajos se miden en 3 voltios, 5 voltios, 12 voltios. En electrónica, la fuente de alimentación o fuente de poder es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etc.) Uno de los aspectos mesurables de una fuente de alimentación es su potencia. Esta viene expresada en vatios e indica la capacidad para alimentar más dispositivos o de mayor consumo. Suele ser habitual encontrar modelos entre 200 y 300 w (vatios), aunque también existen otros, sobre todo los que siguen el estándar MicroATX o FlexATX que ofrecen potencias menores. Otros aspectos a tener en cuenta son la protección contra cortocircuitos y subidas de tensión, aunque en la práctica, sin un buen estabilizador de tensión es difícil obtener una buena protección. En la parte trasera encontraremos el típico conector que utilizaremos para enchufar la fuente a la red eléctrica, y también es corriente encontrar otro del mismo tipo pero "hembra" al que podemos conectar el monitor en el caso de que tengamos el cable adecuado (no es lo habitual). En todo caso, siempre podremos adquirir uno (ver foto). La principal ventaja es que al apagar el ordenador (y en las placas ATX esto se puede hacer por software) también cortamos la alimentación del monitor. También encontraremos los cables de alimentación para las unidades de almacenamiento tales como discos, CD-ROM, etc. En general suelen ser 4 conectores. También encontraremos uno o dos para la disquetera y por último el que alimenta la placa base, que en las placas ATX es un único
conector y en las AT son dos conectores, normalmente marcados como P8 y P9. En este último caso es muy importante no confundirse, pues ambos son físicamente iguales. Una forma de comprobar que los estamos conectando de forma correcta es comprobar que los cables de color negro estén juntos y en el centro de ambos. Todo circuito requiere para su funcionamiento de una fuente eléctrica de energía, puesto que la corriente y voltaje que proporciona la línea comercial no es la adecuada para que su funcionamiento sea el correcto. Un dispositivo a base de semiconductores que integran un circuito, funciona con tensiones y corrientes directas lo más continuas posibles, así pues, la fuente de alimentación convierte la energía de la línea comercial en energía directa a los valore requeridos. La fuente de alimentación regulada para su correcto funcionamiento se constituye a base de 4 etapas de funcionamiento que en el siguiente diagrama a bloques se muestra.
FUNCIONAMIENTO DE LOS DISPOSITIVOS INDIVIDUALMENTE EN LA FUENTE.
1.-Transformador: El voltaje de la línea doméstica se reduce de 127 Volts a aproximadamente 12 Volts ó 5 V.
2.- Rectificador: Se transforma el voltaje de corriente alterna en voltaje de corriente directa, esto lo hace dejando pasar solo los valores positivos de la onda (se genera corriente continua), por medio de elementos electrónicos llamados diodos
3.- Filtro: esta le da calidad a la corriente continua y suaviza el voltaje, por medio de elementos electrónicos llamados capacitores
4.-Regulador: el voltaje ya suavizado se le da la forma lineal que utilizan los dispositivos. Se usa un circuito integrado especial. Esta fase es la que entrega la energía necesaria, en caso de querer regular de manera analógica se usan elementos llamados potenciómetros.
Todos estos, tienen como se puede observar, efectúan funciones específicas en su respectiva zona de la transformación de la corriente, ya que esencialmente esas son las partes que componen una fuente de alimentación lineal básicamente.
Fuentes de alimentación lineales. Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión, que no es más que un sistema de control a lazo cerrado (“realimentado”, figura 3) que sobre la base de la salida del circuito ajusta el elemento regulador de tensión que en su gran mayoría este elemento es un transistor. Este tipo de fuente es menos eficiente en la utilización de la potencia suministrada dado que parte de la energía se transforma en calor por efecto Joule en el elemento regulador (transistor), ya que se comporta como una resistencia variable. A la salida de esta etapa a fin de conseguir una mayor estabilidad en el rizado se encuentra una segunda etapa de filtrado (aunque no obligatoriamente, todo depende de los requerimientos del diseño), esta puede ser simplemente un condensador. Esta corriente abarca toda la energía del circuito, para esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador.
Fuentes de alimentación conmutadas. Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma la energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados). Las fuentes conmutadas tienen por esquema: rectificador, conmutador, transformador, otro rectificador y salida. La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (pulse with modulatión) que cambia el ciclo de trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas que para fuentes lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador convierte la señal alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC. Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores características EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor coste y tamaño.
Fuentes de alimentación especiales. Entre las fuentes de alimentación alternas, tenemos aquellas en donde la potencia que se entrega a la carga está siendo controlada por transistores, los cuales son controlados en fase para poder entregar la potencia requerida a la carga. Otro tipo de alimentación de fuentes alternas, catalogadas como especiales son aquellas en donde la frecuencia es variada, manteniendo la amplitud de la tensión logrando un efecto de fuente variable en casos como motores y transformadores de tensión.
Tipos de fuentes de poder (AT y ATX) Hay 2 tipos de fuentes utilizados en las computadoras, la primera es la más antigua y la segunda la más reciente: 1- Fuente de poder AT. 2- Fuente de poder ATX.
AT:
La fuente AT es un dispositivo que se monta en el gabinete de la computadora y que se encarga básicamente de transformar la corriente alterna de la línea
eléctrica del enchufe doméstico en corriente directa; la cuál es utilizada por los elementos electrónicos y eléctricos de la computadora. Para alimentar los circuitos cuenta con básicamente 3 tipos de conectores: Para unidades de 3.5" (disqueteras y unidades para discos ZIP). Para unidades de 5.25" (unidades lectoras de CD, unidades para DVD) Para alimentar la tarjeta principal. La fuente AT actualmente está en desuso y fue sustituida por la tecnología de fuentes de alimentación ATX. Partes que componen la fuente AT Internamente cuenta con una serie de circuitos encargados de transformar la electricidad para que esta sea suministrada de manera correcta a los dispositivos. Externamente consta de los siguientes elementos: 1.- Ventilador: expulsa el aire caliente del interior de la fuente y del gabinete, para mantener frescos los circuitos. 2.- Conector de alimentación: recibe el cable de corriente desde el enchufe doméstico. 3.- Selector de voltaje: permite seleccionar el voltaje americano de 127V o el europeo de 240V. 4.- Conector de suministro: permite alimentar cierto tipo de monitores CRT. 5.- Conector AT: alimenta de electricidad a la tarjeta principal. 6.- Conector de 4 terminales IDE: utilizado para alimentar los discos duros y las unidades ópticas. 7.- Conector de 4 terminales FD: alimenta las disqueteras. ATX:
La fuente ATX es un dispositivo que se monta en el gabinete de la computadora y que se encarga básicamente de transformar la corriente alterna de la línea eléctrica comercial en corriente directa; la cuál es utilizada por los elementos electrónicos y eléctricos de la computadora. Otras funciones son las de suministrar la cantidad de corriente y voltaje que los dispositivos requieren así como protegerlos de subidas de problemas en el suministro eléctrico como subidas de voltaje. Una fuente de alimentación actual transforma la corriente alterna de 230 Voltios a varios voltajes de corriente continua. El voltaje que proporciona cada uno de los cables que tiene una fuente de alimentación, según el color de los cables proporciona un voltaje u otro. NARANJA + NEGRO = 3.3 V ROJO + NEGRO = 5 V AMARILLO + NEGRO = 12 V Como podemos ver las combinaciones siempre se hacen con el negro ya que es la masa y con esto podemos decir lo siguiente: NARANJA = 3.3 V ROJO = 5 V
AMARILLO = 12 V NEGRO = MASA ATX es el estándar actual de fuentes que sustituyeron a las fuentes de alimentación AT. Partes que componen la fuente ATX Internamente cuenta con una serie de circuitos encargados de transformar la electricidad para que esta sea suministrada de manera correcta a los dispositivos. Externamente consta de los siguientes elementos: 1.- Ventilador: expulsa el aire caliente del interior de la fuente y del gabinete, para mantener frescos los circuitos. 2.- Interruptor de seguridad: permite encender la fuente de manera mecánica. 3.- Conector de alimentación: recibe el cable de corriente desde el enchufe doméstico. 4.- Selector de voltaje: permite seleccionar el voltaje americano de 127V ó el europeo de 240V. 5.- Conector SATA: utilizado para alimentar los discos duros y las unidades ópticas tipos SATA. 6.- Conector de 4 terminales: utilizado para alimentar de manera directa al microprocesador. 7.- Conector ATX: alimenta de electricidad a la tarjeta principal. 8.- Conector de 4 terminales IDE: utilizado para alimentar los discos duros y las unidades ópticas. 9.- Conector de 4 terminales FD: alimenta las disqueteras.
DIODO.
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido.1 Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo. Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas, constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.
CAPACITORES.
Un capacitor o condensador (nombre por el cual también se le conoce), se asemeja mucho a una batería, pues al igual que ésta su función principal es almacenar energía eléctrica, pero de forma diferente. El capacitor constituye un componente pasivo que, a diferencia de la batería, se carga de forma instantánea en cuanto la conectamos a una fuente de energía eléctrica, pero no la retiene por mucho tiempo. Su descarga se produce también de forma instantánea cuando se encuentra conectado en un circuito eléctrico o electrónico energizado con corriente. Una vez que se encuentra cargado, si éste no se emplea de inmediato se auto descarga en unos pocos minutos. En resumen, la función de un capacitor es almacenar cargas eléctricas de forma instantánea y liberarla de la misma forma en el preciso momento que se requiera. Cuando un conductor se carga, es decir, se le comunica una carga eléctrica, adquiere un cierto potencial, que depende de consideraciones geométricas (de su forma). Pues bien; a la relación entre carga y potencial se le llama CAPACIDAD de ese conductor. Podemos entonces definir una magnitud llamada CAPACITANCIA o CAPACIDAD, como la relación entre la carga almacenada (Q) y la tensión a la que se encuentra (V). Escribimos entonces: C=Q/V Un conductor que, con la misma carga que otro, adquiera menor potencial, tendrá más capacidad que el segundo, y viceversa. La unidad de capacidad es el FARADIO. El faradio es una unidad tan sumamente grande que no resulta en absoluto práctica.. Los submúltiplos del Faradio son: ·
El microfaradio (m F) = 0,000001 F. (10-6 F )
·
El nanofaradio (nF) = 0,000000001 F. (10-9 F)
·
El picofaradio (pF) = 0,000000000001 F. (10-12 F)
Cuando se da la capacidad en "K", no quiere decir Kilofaradio, sino Kilopicofaradio (1000 picofaradios); y como 1000 picofaradios es igual a 1 nanofaradio, cuando alguien nos dice que un capacitor tiene 4K7, nos está diciendo que tiene 4,7 kilopicofaradio, que es lo mismo que decir 4,7 nanofaradio.
LA RESISTENCIA INTERNA EN FUENTES DE PODER. Las fuentes de tensión / voltaje, sean estas baterías, generadores, etc., no son ideales (perfectas). Una fuente de tensión real está compuesta de una fuente de tensión ideal en serie con una resistencia llamada resistencia interna. Esta resistencia, no existe en la realidad de manera de que nosotros la podamos ver. Es una resistencia deducida por el comportamiento de las fuentes de tensión reales. Ver diagramas de fuente de tensión ideal y de fuente de tensión real. – VI = Voltaje en la resistencia interna, VL = Voltaje en la resistencia de carga – RI = Resistencia interna, RL = Resistencia de carga Tomando los siguientes valores: I = 4 Amperios RI = 3 Ohmios RL = 5 Ohmios En cada uno de los resistores habrá una caída de tensión. VI = I x RI = 4 A x 3 W = 12 Voltios VL = I x RL = 4 A x 5 W = 20 Voltios.
VOLTAJE DE LA FUENTE DE PODER.