Fuentes de Alimentación

Fuentes de Alimentación
Fuentes de Alimentación
Introducción
• La fuente de alimentación es la parte del sistema informático encargada de
suministrar energía a todos los dispositivos electrónicos del conjunto.
• En un equipo existen dispositivos electrónicos, motores ( disco duro,
ventiladores, lectores DVD), etc. que requerirán diferentes tensiones de
alimentación para realizar su función.
• La fuente de alimentación debe garantizar un suministro de energía constante,
estable ( tensiones reguladas ), carente de ruido (continua lo más pura posible),
con la potencia necesaria para cada subsistema.
• En algunos casos y para garantizar más aún la robustez del conjunto se
montarán fuentes de alimentación redundantes en los equipos ( dobles por si
falla alguna de las dos ).
• ¿ Y si falla la red eléctrica ?, en equipos especiales tales como servidores de alta
disponibilidad , se dispondrá de sistemas de alimentación ininterrumpida (S.A.I.)
que garantizan la continuidad del funcionamiento, si el caso lo requiere (CPDs,
banca, granjas de servidores, etc.) se dispondrán de grupos electrógenos
autónomos para mantener el suministro eléctrico el tiempo que sea preciso.
Fuentes de Alimentación
Consideraciones generales
• Como en las cajas y las placas base, los equipos fabricados integramente por una
empresa diseñan la fuente de alimentación adaptada a las características de los
consumos del equipo, en este caso las tensiones, potencias máximas y
suministradas serán las adecuadas.
• Estos fabricantes diseñan las fuentes sin estar sometidos a restricciones de
tamaño, tensiones, etc. Son un ‘traje a medida’. Esto ocurre en marcas como
Macintosh, Silicon Graphics, Cray, etc.
• Los ordenadores portátiles usan una alimentación externa de un solo valor
encargada de alimentar el equipo y cargar las baterías. Dentro del portátil se
realizan en subsistemas de alimentación las conversiones necesarias para obtener
todas las tensiones necesarias para el equipo.
• Las fuentes usadas en equipos informáticos son normalmente ‘conmutadas’,
dado su elevado rendimiento en relación a su peso y volumen. Pueden superar el
70% de eficiencia.
• Las tensiones más frecuentes en todos los equipos informáticos son: 12 voltios, 5
voltios y 3,3 voltios. Esto es debido a que los chips se suelen alimentar con 3,3 V y
5 V y los motores con 12 V.
Fuentes de Alimentación
Consideraciones generales
• Las fuentes de alimentación de equipos informáticos ensamblados por
integradores, al estar basados en elementos de terceros (OEM), tienen que cumplir
unas condiciones de tamaño, tensiones de salida y conectores.
• Muchos fabricantes de cajas para equipos incorporan una fuente de alimentación
con potencia suficiente para los posibles componentes que se pueden alojar en
ella, de esta manera se asegura en cierta medida que se adapte a la potencia
necesaria. No precisa la misma potencia un equipo de hogar con 1 unidad 5 ¼, un
disco duro y una unidad 3 ½ que un servidor con capacidad para 8 discos duros y
4 bahías 5 ¼ - 3 ½.
• Teniendo en cuenta estas premisas, se podrían resumir las fuentes usadas por
integradores en dos tipos: AT y ATX, habiendo quedado las tipo AT obsoletas.
• Dentro de cada tipo, podemos encontrar una gran variedad de potencias de salida
y de tamaños, aunque las conexiones y tensiones de salidas quedan perfectamente
definidas.
Fuentes de Alimentación
Tipo AT (obsoleta)
• Este tipo de fuente quedó obsoleta y solo se encuentra en equipos antiguos.
• La alimentación de alterna se realiza a través de un conector del tipo IEC-320.
• El interruptor del equipo desconecta TOTALMENTE la fuente de alimentación,
dejando todo el sistema sin tensión, por lo tanto, este tipo de fuentes no permiten
operaciones de ‘encendido de máquina remoto’ ( wake on lan, wake on ring, etc.).
• Las salidas de alimentación a la placa base se denominan P8 y P9, son dos
conectores con ‘posición’, lo que impide su conexión invertida.
•Dispone también de conectores ‘Molex’ y ‘Mini’ para discos duros, lectores, etc.
Fuentes de Alimentación
Tipo AT (obsoleta)
• Como se puede ver, dispone de +5V, -5V, +12V, -12V y GND como salidas, asi
como el indicador ‘Power Good’ que produce una salida de +5V indicando que las
salidas de la fuente son las correctas.
• Las salidas de alimentación a la placa base se denominan P8 y P9, son dos
conectores con ‘posición’, lo que impide su conexión invertida.
•Dispone también de conectores ‘Molex’ para discos duros, lectores, etc. y ‘mini’ o
‘Berg’ para unidades de disco flexible.
• Se puede dar el caso de que los colores
de los cables cambien, aunque es raro.
• Las posiciones y tensiones de los pines
son estándar e invariables.
• Siempre incorporan un ventilador para
extraer el aire caliente de la caja.
• De la misma fuente sale un cable con el
interruptor de la red C.A.
• Sus características se reflejan en una
etiqueta sobre la carcasa.
Fuentes de Alimentación
Tipo AT (obsoleta)
• En la siguiente etiqueta de una fuente de alimentación del tipo AT, se puede
observar que se indican 4 tensiones de salida: +5V, +12V, -12V y –5V y para cada
una de estas salidas se especifica una intensidad máxima.
• +5V
: 20 Amp -> 5 x 20 = 100 W.
• +12V : 7,5 Amp -> 12 x 7,5 = 90 W.
• -12V
: 0,5 Amp -> 12 x 0,5 = 6 W.
• - 5V
: 0,5 Amp -> 5 x 0,5 = 2,5 W.
• Potencia máxima total : 100 + 90 + 6 + 2,5 = 198,5 Watios.
• Total indicado en etiqueta: 200 W.
Fuentes de Alimentación
Tipo ATX
• Este tipo de fuente es el generalizado en los equipos actuales.
• La alimentación de alterna se realiza a través de un conector del tipo IEC-320.
• Se incorpora la tensión de 3,3 voltios, usada por los dispositivos electrónicos
modernos, la alimentación a la placa base se realiza mediante el conector P1.
• No es imprescindible el interruptor, el mando de encendido se realiza desde la
placa base y hay una salida permanente de tensión de 5V para alimentar circuitos de
‘alerta’ en el equipo para permitir el arranque remoto, por llamada, etc.
•Dispone también de conectores ‘Molex’ y ‘Mini’ para discos duros, lectores, etc.
Fuentes de Alimentación
Tipo ATX
• Pin 8 - Gris: Power Ok ( 3,3V y 5V Ok)
• Pin 14 – Power On ( Encendido de la fuente,
activo por masa, es decir al unir a masa se
activa la fuente).
• Pin 9 - +5V Standby, hay 5 voltios a la
salida incluso estando apagada la fuente,
alimenta a los circuitos de ‘alerta’ del equipo
( tarjeta de red, modem, teclado, etc.).
•No se puede conectar de forma errónea por
la forma de los ejes de plástico (figura).
Fuentes de Alimentación
Tipo ATX12V
• Debido a la creciente demanda de consumo
en los equipos modernos ( Pentium 4,
microprocesadores AMD, tarjetas gráficas
potentes, etc.), ha aparecido el tipo de fuente
ATX12V, igual a la ATX pero que además
aporta un conector nuevo denominado P4 con
tomas extras de +12 V.
• No todas las placas base incorporan el
conector extra para 12 V denominado P4.
Fuentes de Alimentación
Tipo ATX 2.0
• Como consecuencia de la aparición de los
buses PCI Express, memorias DDR2, serial
ATA, etc. la potencia demandada puede
crecer, por esto se ha establecido una
definición para las fuentes ATX, la 2.0 , que
aumenta el número de pines de 20 a 24,
permitiendo el incremento de corriente para
las tensiones más usadas (3,3V, 5V y 12V).
•Esta novedad permite añadir los 75 watios
que pueden demandar las ampliaciones de
tarjetas PCI Express.
• Las fuentes ATX 2.0 se pueden usar con
placas base anteriores con un cable
adaptador que simplemente no usará estas
salidas.
Fuentes de Alimentación
Tipo ATX / ATX12V / ATX 2.0
• En la siguiente etiqueta se pueden observar las máximas
salidas para cada valor de tensión de salida, está señalado
en el rectángulo 1.
• En el rectángulo marcado con el número 2 se hacen unas
aclaraciones a tener en cuenta para conocer la máxima
potencia suministrada por la fuente.
Fuentes de Alimentación
Conectores a unidades ( AT y ATX )
Conectores Molex
Usado para dispositivos que requieren
12V y 5V de alimentación.
El conector Molex tiene ‘chaflanes’
para evitar su conexión invertida.
Conectar un terminal Molex al revés
puede destruir los dispositivos a los que
se conecta ya que se invierten las
tensiones de 5V y 12V.
Fuentes de Alimentación
Conectores a unidades ( AT y ATX )
Conectores Mini o Berg
• Usado originalmente para unidades de disco
flexible de 3,5”.
• Al instalarse, asegurar la correcta posición de
los pines.
Fuentes de Alimentación
Conectores a unidades ( AT y ATX )
Splitter y adaptadores
• Existen cables que a partir de una salida
Molex, nos entregan dos salidas, puede ser útil
cuando la fuente no nos entregue el número
de conectores que precisamos.
• También puede ser necesario el uso de
adaptadores Molex a Mini, o de Molex a serial
ATA (SATA).
Fuentes de Alimentación
Elección de una fuente
PC Item
• En caso de que se amplíe
un equipo con bastantes
accesorios, puede que sea
necesario contabilizar el
consumo de todos los
elementos.
• Para hacer esto se han de
sumar las intensidades
consumidas por cada
elemento y se cotejará
con la etiqueta de la
fuente de alimentación,
en caso de estar al límite
algún valor, se deberá
sustituir por una de la
potencia adecuada.
Tarjeta gráfica
Tarjeta PCI (genérica)
Tarjeta SCSI PCI
40 a 50W
5W
20 a 25W
Unidad disco flexible
5W
Tarjeta Red Ethernet (NIC)
4W
Unidad DVD
10 a 25W
RAM
10W / Gb
Disco duro 5200 RPM IDE
5 a 11W
Disco duro 7200 RPM IDE
5 a 15W
Placa base (sin CPU o RAM)
20 a 30W
Xeon 5365 Quad Core 3 GHz
50W
733 MHz Pentium III
• Ver tabla adjunta.
Watios
23.5W
300 MHz Celeron
18W
Atom N270
2,5 W
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
• En el caso de que se interrumpa el suministro eléctrico, es necesario que algunos tipos de
equipos ( servidores, estaciones de trabajo, etc.) se cierren de forma adecuada y sigan
funcionando un tiempo , para conseguir esto se disponen de sistemas llamados: Sistemas
de Alimentación Ininterrumpidas (S.A.I.).
• Estos equipos suministran energía de red producida por baterías, el tiempo de marcha de
un SAI está limitado por la capacidad de las baterías, por lo tanto en muchos casos, el SAI
solo servirá para ‘apagar’ la máquina de forma correcta.
• En sistemas críticos, los SAIs pueden ser de gran potencia y trabajar durante horas con
baterías externas. La capacidad de un SAI se mide en VA (voltio-amperios), parecido a
watios, pero teniendo en cuenta las componentes reactivas (coseno de fi).
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Problemas en la red eléctrica
220 V.
0
220 V.
1 CICLO
(50 Hz)
RED
CORTES DE RED
ALTAS TENSIONES
BAJAS TENSIONES
MICROCORTES
PICOS DE RED
RUIDOS DE LINEA
RED
• Existen varios problemas en la red eléctrica que pueden dejarnos
sin alimentación e incluso a perder datos o llegar a averiarnos
seriamente el ordenador o el servidor.
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Problemas en la red eléctrica
0
220 V.
1 CICLO
(50 Hz)
RED
CORTES DE RED
ALTAS TENSIONES
BAJAS TENSIONES
PICOS DE RED
MICROCORTES
220 V.
RUIDOS DE LINEA
RED
• Para solucionar todos los problemas aparecidos en la red eléctrica es
necesario instalar un SAI, que no solo evita los cortes de luz sino que
nos estabiliza la tensión y elimina todos los problemas de la red
permitiéndonos seguir trabajando sin perder datos.
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Topologías de los SAI’s
-
SAI Off-Line
-
Se pone en marcha en ausencia de tensión (cuando falla la red), tiene un
tempo de conmutación que no es problemático. No actua sobre la tensión de
red cuando está presente. Por todo esto se denomina ‘fuera de linea’.
Sin Red(AC)
Salida
Con Red(AC)
Es un equipo que por su precio es el que más extendido está, sobre todo para la protección de pequeñas cargas (PC’s , cajas
registradoras, TPV etc.), este tipo de SAI alimenta a las cargas críticas, que tiene que proteger, con una seguridad y protección
relativa dependiendo del tipo de OFF-LINE (Estabilizados y con o sin filtros ) dentro de una escala de uno a cien los OFF-LINE
estarían entre 40 y 60 puntos en relación a la protección que deberían de tener los equipos informáticos, por supuesto siempre en
consonancia con el tipo de equipos a proteger y la zona (industrial, oficinas, muy conflictiva en tormentas ó en cortes de suministro
etc.). Básicamente los equipos OFF-LINE actúan en el momento en que la Red desaparece ó baja por debajo de la nominal 230
Voltios, produciéndose en el cambio de Red a Baterías un pequeño micro-corte el cual para una mayoría de equipos eléctricos e
informáticos es inapreciable, no así para equipos muy sofisticados.
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Topologías de los SAI’s
-
SAI On-Line / Line Interactive
-
Está produciendo la tensión de salida permanentemente, de tal forma que en
ausencia de red CASI no hay ‘retardo de marcha’ ya que el sistema está
siempre activado, la salida con red está tomada de la entrada principal, es el
siguiente en prestaciones al off-line conmutado.
Salida
Con Red(AC)
El SAI ON-LINE cumple verdaderamente para casi todos los problemas ocasionados por fallas en la compañía eléctrica tanto como por
otros problemas ocasionados por las líneas eléctricas dentro de polígonos industriales y oficinas como ruido eléctrico etc.
Los equipos ON-LINE suelen dar una protección del orden de entre 70 y 90 puntos en una escala de protección de uno a cien,
convirtiéndose por tanto en muy fiables, existen diferentes tipos de topología en los equipos ON-LINE pero todas cumplen francamente
con su función dejando pocas ventanas abiertas a los posibles problemas, ya que al contrario del OFF-LINE no tienen tiempo de
conmutación al estar actuando constantemente, con lo que los equipos no pueden ser afectados en ningún caso por cortes de fluido
eléctrico ó perturbaciones.
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Topologías de los SAI’s
-
SAI On-Line / Doble conversión
-
Con Red
Son los más efectivos, la protección que producen es casi total, incluso para
perturbaciones importantes, ya que la salida SIEMPRE está producida por el
inversor interno y sus valores son adecuados. También es la más cara.
Sin Red
By-Pass
La verdadera diferencia entre los SAI se encuentra en los equipos ON-LINE de doble conversión ya que los equipos Off-Line, Línea
Interactiva y On-Line de una conversión están siempre dependientes de una manera u otra de que la entrada eléctrica al equipo cumpla
unas mínimas condiciones para el correcto funcionamiento de los equipos cosa que en los equipos de Doble Conversión no dependen de
la Línea de Entrada para trabajar con una protección de más del 95 % eliminando por completo todos los problemas ocasionados por las
líneas eléctricas y las compañías de electricidad además de problemas normalmente metereológicos que son inesperados.
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Topologías de los SAI’s
-
SAI Interno ( normalmente Off-Line )
-
Para equipos de usuario, se usan básicamente para protección de tareas y
datos. Se montan en una bahía 5¼ en el interior del PC.
Potencias entre 300/500 VA.
Características de SAI’s internas comerciales:
El modelo CD-2000X/4000X es un S.A.I. con tecnología OFF-LINE avanzada (alta frecuencia), es decir, el tiempo de
conmutación a baterías es menor de 4 msg., además elimina los ruidos de línea gracias a un pequeño filtro que incorpora en
su entrada y recorta los picos de tensión aparecidos en la red eléctrica. La tensión de salida está estabilizada y como novedad
importante, incorpora un Software inteligente de gestión y cierre de ficheros.
• Potencias : 300 VA, 500 VA, 550 VA y 600 VA.
• Tensión de entrada : 100/110/115/120/220/230/240 V +/-15%.
• Frecuencia de entrada : 50Hz/60 Hz autoseleccionable.
• Tensión de salida : 100/110/115/120/220/230/240 V +/-5%.
• Tiempo de transferencia : menor de 4 msg.
• Tipo de batería : Hermética sin mantenimiento.
• Tiempo de recarga : 8 h. al 90% de su capacidad total.
• Autonomía estándar para un PC con monitor 17" : 8 min.
• Led's de alarmas : rojo (en baterías) y verde (Normal).
• Dimensiones y peso : Bahía de 5.25" con 3 Kg.
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Cálculo potencia SAI’s
Si la información de los VA ó W no está disponible en los equipos a proteger,
¿ como se puede determinar el equipo necesario ?
• Normalmente detrás de los equipos que queremos conectar existe una etiqueta con las
características de los mismos, indicando: A, VA, ó W.
• Fórmulas:
•W=V*A
• VA = W / 0,75 ( cos fi )
• VAi = VA * 1,6 ( 1,6 es el margen de seguridad ).
• Sumar todas las cargas en VA ó en Watios, para ello pasar de VA a Watios ó viceversa según
las formulas descritas si tenemos Watios y queremos pasarlos a VA tendremos que dividir por
0.75, con ello obtendremos los VA aproximados que consume nuestro equipo.
Ejemplo: disponemos de un equipo que nos marca 1 Amp. en la placa, esto nos diría que
tendríamos que multiplicar la tensión de alimentación por la corriente = V x A = 220 x 1 = 220 W.
si esto lo convertimos en VA nos dará 293 VA, con lo que nos aproximaremos al consumo real
que necesita este equipo para protegerse y con ello al SAI que necesitaríamos.
A continuación multiplicaríamos por 1,6 para darle un margen de seguridad y tendríamos:
Wi=W *1,6 = 293 * 1,6 = 470 VAi.
Fuentes de Alimentación
Sistemas de Alimentación Ininterrumpida
Autonomía
¿ Cual es la autonomía de un sistema SAI ?
• El fabricante la indicará de la siguiente forma: SAI 1000 VA – 10 minutos de autonomía. Esto
nos indica que será capaz de suministrar 1000 VA durante 10 minutos, en caso de conectar una
potencia menor, por ejemplo 750 VA, la duración de la batería será inversamente proporcional a
la potencia conectada, en este caso (1000/750) * 10 = 13,3 minutos aproximadamente.
• Si se sobrepasa la potencia nominal del SAI, podemos tener problemas de funcionamiento.
¿ Para que sirve el software de la SAI ?
• El software del SAI cubre diferentes funciones, actua conectando un ordenador a un puerto de la
SAI, del tipo RS-232, USB o Ethernet. Las funciones fundamentales son las siguientes:
• En caso de problemas, comunicarlo al ordenador, enviar mensajes de fallo a
administradores y/o mantenimiento, ejecutar una aplicación, cerrar aplicaciones, ficheros,
realizar un apagado seguro, etc.
• Monitorizar de forma periodica el estado de la SAI, programando chequeos automáticos,
mediciones de condiciones de red, baterías, etc. y en caso de problemas, se comunica a
administradores y/o mantenimiento.
• En algunos casos, la SAI puede ser muy sofisticada y no precisar de un ordenador para
realizar tareas, incluyendo un sistema propio capaz de realizar tareas de gestión,
comunicación, etc.