Fuentes de tension
Anuncio
Leonardo Lanchas Rolando. Periféricos e Interfaces Ingeniería en Informática Curso 2008 –2009 1 ÍNDICE La importancia de la fuente. ¿Qué hace? Y ¿Cómo? : Función principal y operación. Tipos Enchufes Conectores Especificaciones del suministro de tensión 2 ÍNDICE Cálculo de la tensión necesaria On y Off: ciclos de encendido y apagado Gestión de la tensión necesaria Reparación de la fuente de tensión Obtención de repuestos 3 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. 4 Introducción 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). 5 Introducción ¿ 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 6 Consideraciones generales Como en las cajas y las placas base, los equipos fabricados íntegramente 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. 7 Consideraciones generales 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. 8 Consideraciones generales 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. 9 Consideraciones generales 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. 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. 10 Consideraciones generales 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 para el hogar con 1 disco duro que un servidor con capacidad para 8 discos duros. 11 Importancia de la fuente de tensión. 12 Importancia de la fuente de tensión. Como dijimos al principio, las fuentes de tensión son las que se ocupan de pasar corriente a cada uno de los componentes de un PC. Y no sólo esto sino que tampoco pueden hacerlo de cualquier manera: Tienen que brindar un señal estable(sin distorsiones, picos, etc.), pura.... 13 Importancia de la fuente de tensión. Desafortunadamente, aunque es una de las partes más importantes, es a la que menos importancia se le da. Es el producto en el que se escatiman esfuerzos para reducir gastos. Esto puede desembocar en el malfuncionamiento del resto de los componentes, daño y / o pérdida de datos. 14 Importancia de la fuente de tensión. Para hacernos una idea: Una fuente de alimentación de calidad suele estar diseñada para una tensión de 230 voltios, con un margen de tolerancia de +/- 10% en periodos punta (muy cortos) y de +/- 5% para periodos prolongados. Esto en la práctica significa que una fuente buena trabaja perfectamente en unos márgenes de entre 218.5 V y 241.5 V, admitiendo picos de 207 V por abajo y 253 V por arriba. 15 Importancia de la fuente de tensión Las fluctuaciones causan el 90% de los fallos (no tiene nada que ver que el PC se apague o no). ¿Qué es lo perjudicial de un corte de corriente? A nivel software: los datos puede perderse al irse la luz. A nivel hardware: los daños pueden producirse cuando la luz vuelve, por cuanto existe la posibilidad de sobrecargas. 16 Importancia de la fuente de tensión Y con respecto a las caídas de corriente ocurre algo similar: Si la fuente es buena, cuando el suministro sale fuera de sus límites, la fuente corta el paso de la corriente o se bloquea para autoprotegerse. 17 Importancia de las fuentes de tensión Pero como dijimos que casi siempre se ahorran esfuerzos en la fuente de tensión: la mayoría siguen funcionando y suministrando cantidades incorrectas de energía a la placa base y resto de los componentes, haciendo que trabajen forzados, terminando en averías serias. 18 Función principal y operación Como ya hemos dicho antes: Una fuente de tensión convencional está diseñada para convertir corriente con las siguientes características: 120 V – 60Hz CA o 240 V 50HZ CA, en 3,3V, 5V y 12 V de corriente continua. La fuente de alimentación también se asegura de que el sistema no funcione, a menos que el voltaje suministrado sea suficiente para que el sistema opere correctamente. 19 Función principal y operación Señal Power_Good: La fuente de tensión completa el control interno y realiza pruebas antes de permitir que el sistema arranque. Si las pruebas tienen éxito, envía una señal especial a la placa base, llamada Power_Good. Esta señal es activa de nivel alto. Su tensión nominal es de 5V. Se suministra entre 100 a 500 milisegundos luego de haber encendido el PC. 20 Tipos AT Este tipo de fuente quedó obsoleta y solo se encuentra en equipos antiguos. 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.). 21 Tipos AT 22 Tipos AT Las salidas de alimentación a la placa base se denominan P8 y P9, son dos conectores con ‘posición’, lo que impide su conexión invertida. 23 Tipos AT Como se puede ver, dispone de +5V, -5V, +12V, -12V y GND como salidas, asi como el indicador ‘Power_Good’(PW_OK) que produce una salida de +5V indicando que las salidas de la fuente son las correctas. 24 Tipos AT 25 Tipos AT 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. 26 Tipos AT 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. 27 Tipos AT +5V : 20 Amp -> 5 x 20 = 100 ? +12V : 7,5 Amp -> 12 x 7,5 = 90 ? -12V : 0,5 Amp -> 12 x 0,5 = 6 ? - 5V : 0,5 Amp -> 5 x 0,5 = 2,5 ? Potencia máxima total : 100 + 90 + 6 + 2,5 = 198,5 ? Total indicado en etiqueta: ? 28 Tipos AT +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 Vatios. Total indicado en etiqueta: 200 W. 29 Tipos ATX (1995) La fuente ATX nació como resultado de que Intel modificase el diseño de la LPX(PS/2) y simplemente cambiase la circuitería interna y sus conectores. El resto quedó intacto. La LPX(Low Profile eXtended) Aunque hoy está obsoleta, se sigue comercializando. De diseño delgado, como su nombre indica, fue diseñada para PCs planos y ligeros. 30 Tipos ATX Fuente ATX Conector (ATX) No se puede conectar de forma errónea por la forma de los ejes de plástico. 31 Tipos 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. 32 Tipos ATX12V 33 Tipos ATX2.0 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 vatios que pueden demandar las ampliaciones de tarjetas PCI Express. 34 Enchufes ATX AT/LPX(obsoletos) PC/XT/AT(obsoletos) Todas las fuentes de tensión ATX e incluso las más nuevas que emplean el conector de 20 o 24 pines de la placa madre, usan la señal PS_ON para encender el sistema. La señal PS_ON se envía desde la fuente de tensión, a través de la placa base, a un conmutador temporal de corriente continua y bajo voltaje que está situado 35 Enchufes PC/XT/AT y LPX Los primeros sistemas tenían los enchufes integrados o construidos directamente en la fuente de tensión, que eran los que dejaban pasar o no la corriente alterna. El diseño era muy simple pero dado que la fuente de tensión estaba situada en la parte trasera del montaje, accionar el interruptor requería alcanzar la parte posterior del equipo. Además, tener que encender el equipo directamente implicaba que no podía hacerse de manera remota. 36 Enchufes PC/XT/AT y LPX A finales de los 80, los sistemas LPX comenzaron a usar enchufes en el front panel; aunque aún eran de corriente alterna. Esto puso fin al problema de tener que llegar a la parte posterior del sistema para accionar el interruptor pero no solucionó el problema del encendido remoto del PC sin el uso de hardware específico 37 Conectores Conectores periféricos Es quizás el más conocido. Es también el conector que ha estado en todas las fuentes desde el 1º PC de IBM hasta los últimos sistemas hechos hoy día. A veces se usa para suministrar corriente adicional a la placa base, tarjeta de video, ventiladores o cualquier otro dispositivo que use entre 5 y 12 voltios. Sus pines están numerados por lo que es muy difícil insertarlo de manera incorrecta, aunque también es difícil determinar cuál es el pin número 1. 38 Conectores Conectores periféricos 39 Conectores Conectores Floppy Estos conectores fueron creados por AMP como parte de la serie EI (economy interconnection). Ahora se usan en todo tipo de dispositivos pequeños que tienen como voltaje de entrada entre 5 y 12 voltios. Tienen 4 pines que toleran como máximo 2 amperios. 40 Conectores Conectores SATA (Serial Advanced Technology Attachment) El conector Serial ATA es un conector especial de 15 pines alimentado sólo por cinco cables (a cada cable se conectan 3 pines). Tiene la función primaria de transferir datos entre la placa base y los dispositivos de almacenamiento masivo (discos duros por ejemplo) dentro del PC. SATA ofrece ventajas sobre la antigua interfaz ATA: transferencia más rápida de datos, capacidad de añadir o quitar dispositivos mientras está operando (hot swapping; si y sólo si el sistema operativo brinda esta opción). 41 Conectores Cables más delgados, lo que permite que el refrigerado sea más eficiente y un entorno de operaciones más confiable. 42 Especificaciones del suministro de tensión Respecto de las fuentes de tensión, hay dos tipos: las que conmutan para transformar el voltaje alterno a uno continuo; y el modelo lineal. Las del primer tipo utilizan circuitos osciladores de alta velocidad para realizar la conversión de voltaje. Las últimas se basan en un modelo de transformador para hacer la transformación. 43 Especificaciones del suministro de tensión El modelo lineal es ineficiente porque: y La salida depende linealmente de la entrada. y Los PCs requieren altos niveles de corriente por lo que es necesario el uso de cableado abundante en el transformador. y Es muy difícil filtrar la frecuencia de la corriente alterna, lo que se traduce en la necesidad de filtros capacitores y rectificadores de gran tamaño y elevado precio. 44 Especificaciones del suministro de tensión Características eléctricas: Rango de operaciones: Rango de voltajes que la fuente de tensión está preparada para recibir de la fuente de corriente alterna Tiempo de retraso: cantidad de tiempo (en milisegundos) que una fuente puede seguir manteniendo el voltaje de salida, dentro de los rangos especificados, después de una pérdida de corriente de entrada. 45 Especificaciones del suministro de tensión Características eléctricas: Ruido: la fuente de tensión produce corriente continua de salida gracias a la corriente alterna de entrada. Sin embargo la salida no es “pura” corriente continua. Habrá algunos componentes en cada señal que se transmiten a través de la señal de entrada. Normalmente estos valores son muy pequeños, por lo que cuanto menor sean estos valores, mejor. Factor de potencia : El factor de potencia mide la efectividad del uso de la corriente eléctrica y es expresa como un número entre 0 y 1. 46 Cálculo de la tensión necesaria 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. 47 Cálculo de la tensión necesaria 48 Ciclos de encendido y apagado Encender y apagar un sistema frecuentemente, causa el deterioro y daños a los componentes. A medida que el sistema se calienta, los componentes se expanden; y a medida que se enfrían, los componentes contraen. Además, los diversos materiales del sistema tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. Con el tiempo, las “diferencias térmicas” causan deterioro en muchas áreas del sistema. 49 Ciclos de encendido y apagado Se ven afectados: discos duros, las cajas de los chips que se rajan permitiendo que estos(chips) sean contaminados, etc. Es la mayor causa de rotura de los PCs. Como conclusión ante todo esto puede deducirse que cuanto más tiempo nuestro equipo esté a temperatura constante, mejor. 50 Gestión de la tensión Los PCs han crecido con el paso del tiempo, de tal forma que también lo ha hecho su consumo de energía. Para sistemas de escritorio, administrar la energía es una cuestión de economía y comodidad. Apagar componentes específicos del PC cuando no están en uso, puede reducir la factura de electricidad. En los sistemas portátiles, esto cobra mayor importancia ya que una mejor administración de la energía hace que las baterías duren mucho más tiempo. 51 Gestión de la tensión. La EPA (agencia de protección ambiental de EEUU) puso en 1992 en marcha un programa de certificación de eficiencia energética para todo tipo de aparatos eléctricos, incluidos ordenadores y periféricos. Para ser miembro de este programa, el PC o la pantalla debe reducir su consumo de potencia en 30 vatios durante los períodos de inactividad. Los sistemas que se ajusten a esta especificación pueden llevar el logotipo de Energy Star. 52 Gestión de la tensión Advanced Power Management (APM) ( Gestión Avanzada de Energía) es una especificación desarrollada conjuntamente por Intel y Microsoft, que define una serie de interfaces entre la capacidad de gestión de la energía por parte del hardware y un sistema operativo. Puede conmutar automáticamente un PC entre cinco estados, según el grado de trabajo. 53 Reparación de la fuente de tensión Una fuente de alimentación defectuosa suele ser descartada a menos que resulte ser una de las de mayor calidad o más caras. En ese caso, suele ser conveniente enviar la fuente a una empresa que se especialice en la reparación de las fuentes de alimentación y otros componentes: “Depot Repair”. No conviene llevar el PC a un servicio de reparaciones convencional. 54 Obtención de repuestos La mayoría de las veces, es simplemente más fácil, más seguro, o menos caro sustituir la fuente de alimentación, antes que repararla. Forma Características eléctricas, etc. 55 Leonardo Lanchas Rolando. Periféricos e Interfaces Ingeniería en Informática Curso 2008 –2009 56
