Estabilizadores de tensión

Un Estabilizador de Tensión es fundamentalmente un aparato que recibe en la entrada una tensión que puede variar entre un valor mínimo y un valor máximo (denominado rango de tensión de entrada), dando a la salida un tensión estabilizada que puede tener un valor dentro de un rango de la tensión de salida (denominado precisión de la tensión de salida, ó error de la misma, valuado en un porcentaje).

Ejemplo: Rango de la tensión de entrada: de 170 Volts a 250 Volts. Tensión de salida: 220V +/- 5 % (o sea entre más 5%: 231V y menos 5%: 209V) El error de la tensión de salida es en este caso de 5 % para arriba ó 5 % para abajo. La precisión queda conceptualmente definida por el error. Cuando menor es el error, mejor será la precisión. Existen en la actualidad una gran cantidad de marcas y modelos de Estabilizadores de Tensión.

Aunque todos ellos fueron diseñados y construidos con el propósito de entregar una tensión estable a su salida, a partir de una tensión de entrada que puede variar dentro de determinados límites, no todos utilizan el mismo principio de funcionamiento, ó son adecuados a los diferentes tipos de cargas.

La razón de ser de los estabilizadores de tensión, se basa en el hecho de que, aún con los últimos adelantos técnicos y mejoras de los servicios en el área energética, no se han podido suprimir las frecuentes caídas o elevaciones de tensión en las redes de alimentación de energía eléctrica.

Tampoco ha sido posible eliminar disturbios comunes como picos transitorios de alta tensión, interferencias de media y alta frecuencia y / ó ruidos eléctricos en general, que pueden provocar, no sólo un funcionamiento errático de los modernos equipos electrónicos, sino también su destrucción total.

Cuanto más sofisticado y costoso es un equipo electrónico, tanto más sensible pareciera a los problemas de la tensión de la red. Es por ello que la mayoría de los usuarios de equipos de computación, o similares, han adoptado como regla de seguridad intercalar un estabilizador de tensión en la línea de alimentación de sus
equipos.

Esta regla se ha extendido al uso de artefactos hogareños, de oficina, e industriales, ya que los inconvenientes que puede provocar una tensión de alimentación incorrecta pueden llegar a ser muy costosos y los daños, irreversibles. Podemos agrupar los estabilizadores de tensión actuales en tres grandes grupos:

- Estabilizadores por pasos.
- Estabilizadores continuos.
- Estabilizadores ferroresonantes.

La señal Power Good

La señal power good: es una señal de +5 DCV generada en la fuente cuando ésta pasa las pruebas internas y las salidas se han estabilizado. El proceso tarda entre 0,1 y 0,5 segundos luego de encender el interruptor de la fuente. Esta señal se envía a la mother, donde es recibida por un chip de temporización.

En ausencia de esta señal, el chip de temporización reinicializa continuamente el procesador, evitando que el sistema opere bajo condiciones de corriente inestables. Si la fuente no puede mantener las salidas adecuadas, la señal power good se retira y el sistema se reinicializa en forma automática.

Cuando el temporizador detecta a esta señal, deja de reinicializar al sistema y éste comienza a funcionar normalmente. Mediante la señal power good, el sistema nunca recibe la corriente mala, ya que se detiene (reinicializa) en vez de operar en condiciones fluctuantes que puedan causar errores de paridad, entre otros problemas.

En la imagen vemos el conector ATX que provee alimentación a la Mother, el cable de color gris es el que lleva la señal de power good.

Corrección de factor de alimentación

Desde el punto de vista de la Power Factor Correction (Corrección de  factor de alimentación o simplemente PFC ) existen dos tipos de Fuentes de Alimentación de uso común, las que incluyen la PFC activa y las que incluyen la PFC pasiva.

•  PFC pasiva: requiere que el usuario corrija manualmente la tensión de entrada a la Fuente de Alimentación. En la imagen sería la tecla de color rojo la que me permite seleccionar 220V o 110V como tensión de entrada. Es importante verificar en este caso la posición del selector (220 o 110) antes de enchufar la fuente a la red eléctrica, un error dañaría gravemente a la fuente.

• PFC activa: en este caso la propia fuente de alimentación a través de la PFC corrige automáticamente el tensión de entrada. En este caso no es necesario realizar ningún tipo de corrección manual. La PFC se encarga de eso.

¿Cómo determinar el valor de una resistencia o condensador?

El poco espacio que representa el cuerpo de un componente desde siempre, es el espacio con el que se enfrentaron para anotar el valor de un dispositivo en el cuerpo del mismo, los fabricantes de componentes electrónicos pasivos y activos entre ellos de resistencias, condensadores, transistores, minidips, y últimamente los productos SMD, les llevó en el caso de las resistencias y condensadores a adoptar un código de colores que, de forma sencilla y siguiendo unas sencillas reglas, cualquiera pudiera identificar el valor que dicho elemento tenía, o según su fabricante había sugerido. 

El código ha tenido algunas pero pocas incorporaciones para adaptarlo a las necesidades que han surgido con las nuevas exigencias en los componentes y ha pasado de utilizarse tres franjas de colores a las actuales de 5 barras o franjas. En la figura 1, se presenta lo que llamamos una tabla de colores. 

En primer término se muestran el cuerpo de tres resistencias con sus respectivas franjas de colores, los cuales como se puede apreciar se han puesto de forma que coincidan las mencionadas franjas con la misma cierta posición, de este modo se puede comprender mejor lo que se comentará.

Obsérvese que a la derecha se dispone de la franja llamada de tolerancia (Tol), con el color correspondiente al porcentaje, según se puede ver la tabla-columna de la derecha, como son: Marrón:1%, Rojo:2%, Oro:5% y Plata:10%. El valor representado por el color que presente la resistencia en examen, será el porcentaje de tolerancia de dicha resistencia. La siguiente franja hacia la izquierda, corresponde al color cuyo valor será el número de ceros que se añadirán al valor determinado por las dos franjas siguientes. Veamos un ejemplo práctico. Para determinar el valor de una resistencia hemos de seguir los siguientes pasos:

1.- Toma la resistencia en tus manos en posición horizontal con las franjas de color de la derecha (Tol: marrón, rojo, oro o plata), de tolerancia o porcentaje, como se aprecia en la fig.1.

2.- Ahora, anota en un papel el valor representado por el primer color de la izquierda, por ej. el color verde, anotarás el número 5.

3.- Sigue anotando, a continuación el valor que corresponda al color de la segunda franja, por ej. el amarillo, anota el número 4 al lado del número anterior con lo que quedará 54.

4.- Ahora, el valor del tercer color, por ej. el rojo, cuyo número es el 2, que representa el número de ceros (0) que van detrás del valor anterior o sea, el 4. En este caso 2 (dos ceros).

5.- Con lo que obtenemos el valor de 5.400 ohms o también 5k4 ohmios.

6.- También podemos ver una franja que corresponde a la tolerancia (Tol), es decir, la de más a la derecha, normalmente de color oro o plata, por ej. de color oro, que corresponde a una tolerancia del 5%, si fuera de color plata su tolerancia sería del 10%. En el caso de 4 franjas de colores en total, no obstante cuando la tolerancia de la resistencia es de más precisión se dispone de los colores marrón y rojo que como se aprecia en la figura representan el 1% y el 2%, respectivamente.

También, puede aparecer una notación con números algo como: 4R7 que representa 4' 7 Ohmios, o 56104 que corresponde a 5.600.000 Ohmios o incluso el 18102 para los 1.800 Ohmios. En cuanto a la codificación del valor de los condensadores, sigue el mismo tratamiento, en especial para los condensadores tubulares o de poliéster, además hay que mencionar que últimamente los fabricantes están anotando los valores en forma pseudocientifica, es decir, con números y letras, como por ejemplo: 104j para designar los 100 picofaradios y de igual forma que el 474k para 470 picofaradios, la letra que les sigue corresponde a la tensión que soportan sin perforarse.

Protección incorporada en fuentes de alimentación

La idea de protección en una fuente de alimentación es apagar la fuente cuando sucede algún desperfecto eléctrico, impidiendo que la fuente se queme o corra el riesgo de explotar. Por ejemplo, si se carga a la fuente con más dispositivos de los que soporta (se le pide más potencia de la que es capaz de entregar), ésta podría quemarse si no implementa una protección de sobrecarga. 

Con esta protección la fuente se apagará en lugar de quemarse. Siempre se desea tener la mejor protección, pero pocas personas saben cual es la exigencia de los diferentes estándares respecto a este tema. Por ejemplo los estándares ATX 12V y EPS 12V solo exigen protección contra el sobrevoltage, corto circuito y carga excesiva. 

Las demás protecciones son opcionales y dependen del fabricante. Obviamente, las mejores fuentes de alimentación (alta gama) son las que mejor protección ofrecen. A continuación se listan las protecciones más comúnmente disponibles:

• Short Circuit Protection (SCP): como su nombre lo indica, la fuente se apagará si cualquier salida de la fuente entra en corto. (exigida)

• Under Voltage Protection (UVP): se apaga la fuente si el voltaje de cualquiera de las unidades de salida cae por debajo de los valores iniciales (opcional).

• Over Voltage Protection (OVP): se debería apagar la fuente si el voltaje en alguna de las unidades de salida está por encima de los valores iniciales (exigida).

• Over Current Protection (OCP): se corta la corriente de una determinada línea si se detecta que se esta entregando más corriente que la especificada (opcional).

• Over Power Protection (OPP) or Over Load Protection (OLP): la fuente se apaga si hay una sobrecarga de la fuente de alimentación (exigida).

• Over Temperature Protection (OTP): se apagara en caso de que la temperatura dentro de la fuente alcance ciertos valores indicados. No es una opción muy común. (opcional).

En la etiqueta de la fuente se detallan los sitemas de protección que incluye, haciendo mención a a la sigla correspondiente. 

Fuente de alimentación ANTEC CP-850

Antec define un nuevo estándar en fuentes de alimentación con el modelo CP-850. Al estar construida en un tamaño distinto al estándar ATX la CP-850 proporciona un flujo de aire optimizado, una mejor gama de componentes y una operatividad más silenciosa. Esta nueva fuente y los próximos modelos pertenecientes a la familia CP son compatibles únicamente con las últimas cajas de Antec de alto rendimiento para PC, como la Twelve Hundred y las futuras P183 Y P193.

La gran proliferación de componentes de hardware con mayor rendimiento ha motivado la aparición de fuentes de alimentación de alto voltaje, capaces de mantener la estabilidad del equipo incluso cuando se opera con la máxima carga de trabajo.

Paralelamente, estas fuentes han ido incrementado tanto su precio como el consumo de energía, consecuencia directa de las limitaciones inherentes al tamaño estándar ATX. En este sentido, el nuevo y ampliado formato CPX permite disponer de un sistema de circuitos optimizado, más espacio entre los componentes para facilitar el flujo de aire y un canal de ventilación directo que aprovecha plenamente las ventajas del ventilador de 12 cm con Modulación por Ancho de Pulsos (PWM, Pulse Width Modulation). Es así como el formato CPX no sólo proporciona una mayor refrigeración y operatividad más silenciosa.

El respeto por el medio ambiente se completa con las funciones Universal Input y Active Power Factor Correction, ayudando así a reducir el consumo de electricidad sin perder rendimiento en cualquier parte del mundo.

Igualmente, el sistema de circuitos dispone de una protección de seguridad que previene del posible daño causado por cortocircuitos, sobretensiones y caídas y aumentos de voltaje, permitiendo al PC operar de manera fiable y segura.

Como añadido, el avanzado Sistema Híbrido de Gestión del Cableado facilita un interior aún más despejado y ordenado, mejorando el flujo de aire. Y para obtener una mayor estabilidad, CP-850 incluye a su vez cuatro circuitos de salida de +12V que reparten la energía por todo el sistema de manera uniforme.

Por su parte, los dos conectores PCI Express de 8 pines, otros dos de 6 pines y los nueve conectores serial ATA incrementan la flexibilidad de la fuente; sin olvidar su compatibilidad con los estándares de energía ATX12V v2.3 y EPS v2.91 y la certificación Preparado para SLITM de NVIDIATM.

Fuente de alimentación modular

Este tipo de fuente es una nueva mejora al cableado dentro del gabinete, permitiendo a los usuarios omitir los cables de alimentación sin uso. Mientras que en un diseño convencional todos los cables que provee la fuente de alimentación están permanentemente conectados a la fuente, una fuente modular provee conectores que posibilitan desconectar de la fuente los cables en desuso. Esto permite una mejor visibilidad dentro del gabinete, un mejor flujo del aire y estar menos propenso a que un cable entre en contacto con algún ventilador.

Estas fuentes además, proveen generalmente, una diversidad de cables, no solo en tipos de conectores sino también en longitud. Sin embargo, esta posibilidad de ordenamiento trae como contrapartida, la posibilidad de contar con algunas resistencias eléctricas extras que pueden producirse en los contactos de los cables y la fuente de alimentación si éstos no son de buena calidad.

Pues pueden producirse daños en los conectores si el método de sujeción no es bueno y se conectan y desconectan muy seguido los cables, por ejemplo usando la fuente en un banco de prueba o de reparaciones, o simplemente por la suciedad que pueda depositarse en los enchufes. Otra contra es el menor flujo de aire dentro de la fuente misma debido al mayor número de componentes, para resolver esto mayormente vienen provistas de un ventilador de 12cm de diámetro como mínimo. Estas fuentes suelen ser del tipo de alta gama y muy costosas, generalmente proveen potencias de más de 600W.

Características de la fuente ATX

La fuente ATX es muy similar a la AT, pero tiene una serie de diferencias, tanto en su funcionamiento como en los voltajes entregados al motherboard. Es de notarse que la fuente ATX es en realidad dos: una fuente principal, que corresponde a la vieja fuente AT (con algunos agregados), y una auxiliar. La principal diferencia en el funcionamiento se nota en el interruptor de encendido, que en vez de conectar y desconectar la alimentación de 220VCA, como hace el de la fuente AT, envía una señal a la fuente principal, indicándole que se encienda o apague, permaneciendo siempre encendida la auxiliar, y siempre conectada la alimentación de 220VCA.

El funcionamiento de este pulsador es muy similar al del botón de encendido del control remoto de un televisor. Para apagar la PC por medio de este pulsador generalmente es necesario mantenerlo apretado por 4 o 5 segundos. Además, el apagado por software permite al Sistema Operativo dar la orden a la fuente de alimentación de apagarse automáticamente. Cuando la PC se apaga de esta forma, la motherboard queda alimentada por una tensión de 5VCC suministrada por la fuente auxiliar, que mantiene activos los circuitos básicos para que la PC pueda arrancar al presionar el botón de encendido.

Nuevamente recordando la similitud con un televisor y su control remoto. En realidad no está apagado, sino en un modo llamado standby (en espera). Debido a que la fuente ATX estando apagada sigue suministrando tensión continua al mother, es necesario que al trabajar con la mother se deba desconectar la fuente de la tensión de red (o sea desenchufarla), porque se pueden producir serios daños a los componentes de la misma. Una notoria diferencia con las fuentes AT es que la mayoría de las fuentes ATX no disponen del conector de 220VCA de salida para conectar el monitor conmutado por el interruptor de la PC. En las pocas fuentes que si lo poseen este conector está en paralelo con el conector de entrada, o sea que está siempre activo.

Esto no representa un problema si se está utilizando un monitor moderno, pues estos se apagan automáticamente al dejar de recibir la señal de sincronismo desde la PC. En caso de usar un monitor que no disponga de esta facilidad se debe recordar apagarlo manualmente al apagar la PC. La fuente ATX entrega dos voltajes nuevos además de los entregados por la fuente AT. Estos son: una tensión de 5VCC que permanece activa cuando la fuente está en modo standby, llamada 5VSB (5 Volts Stand-By), y una tensión de 3,3VCC.

Esta última permite simplificar el diseño del motherboard, ya que desde la familia de procesadores Pentium MMX, ya se usaba dicha tensión tanto para el CPU como para la memoria, lo que implicaba integrar al motherboard un regulador que entregaba 3,3V a partir de los 5V. Hoy en día, los micros requieren más energía y utilizan la línea de +12v. Otro gran avance es el conector de la mother. En lugar de contar con dos enchufes (P8 y P9) dando la posibilidad de conectarlos incorrectamente, la fuente ATX utiliza un único conector de 20 contactos, que tiene guías para impedir su inserción incorrecta, además de una pestaña que asegura mejor su sujeción.

Las fuentes ATX gracias a otras características que se le han ido agregado con el correr del tiempo en el mercado pueden separarse en diversos grupos:

ATX: Es la anteriormente descripta.

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 (o ATX 1.0), 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.

En particular, a partir de la versión ATX 1.3 aparece un nuevo conector para los discos SATA, permitiendo conectar estos dispositivos mediante un conector especial SATA y no el tradicional Molex. Sin embargo, muchos discos proveen ambas conexiones por compatibilidad.

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 75W que pueden demandar las ampliaciones de tarjetas PCI Express. Las fuentes ATX 2.0 se pueden usar con mothers anteriores ya que simplemente no usará estas salidas.

EPS 12V: Esta especificación creada por Intel como SSI (Server System Infrastructure) para servidores en la versión ATX 2.1, contiene los mismos conectores que la ATX 2.0 y agrega un conector de 12V para alimentar al microprocesador denominado EPS12V. El conector cuenta con 8 contactos en lugar de 4, como el ATX 12V, En algunas fuentes este conector se obtiene conectando conjuntamente dos conectores de ATX 12V. Sin embargo, para las mothers que proveen este tipo de conector es aconsejable utilizar una fuente con ESP 12V y no dos de 4 contactos.

PCI Express 2.0: En este estándar se provee un cable auxiliar de 6 u 8 contactos para alimentar a los dispositivos PCI Express, especialmente a las tarjetas de video. Debido a esto, se las suele conocer como conectores para tarjetas de video PEG (PCI Express Graphics). No todas las tarjetas gráficas requieren una alimentación extra, pero si lo necesita, se debe instalar una fuente con estos conectores. La mayoría de las placas de video que necesitan una alimentación extra utilizan fichas de 6 contactos, solo las placas de muy alta gama utilizan los 8 contactos, más aún algunas necesitan 2 enchufes.

Debe tenerse especial cuidado de no confundir el conector PCI Express de 8 contactos con el 12V de la EPS 12V, ya que haciendo un poco de fuerza entran igual y probablemente se queme la placa de video.

¿Cómo funciona una fuente de alimentación?

La fuente de alimentación de una computadora se encarga de proveer energía a todos los circuitos de la unidad central y a las tarjetas de expansión internas, así como a los dispositivos internos, discos, teclado, etc. Consiste en un bloque blindado a fin de reducir las radiaciones parásitas, está provista de un ventilador que disipa el calor desprendido por el propio bloque y producido, en términos más generales, por el conjunto de la computadora. Este ventilador ayuda a la circulación de aire dentro del gabinete, es el segundo ventilador más importante de una computadora, luego del cooler del microprocesador.

En la entrada se encuentra un cable conectado a la red eléctrica; en la salida se encuentran varios cables en paralelo que se conectan con la motherboard, los discos, etc. Si se conecta una fuente de alimentación en posición 110 Voltios a una red de 220 Voltios el desperfecto será inevitable; con algo de suerte, se podrá observar una leve emanación de humo y que solo la fuente se haya estropeado. La fuente de alimentación provee, a la salida, las tensiones y las intensidades necesarias para garantizar el funcionamiento adecuado de la máquina.

Estas tensiones son estabilizadas y reguladas. Esto significa que la red de entrada puede variar en varios voltios sin afectar a las tensiones de salida, las que permanecen estables. El fabricante especifica el espectro de variación tolerado. Estas tensiones de salida permanecen estables aun cuando el consumo interno varíe dentro de los límites máximos permitidos.

Estas tensiones normalizadas son de ±12 V a ±5 V. Uno mismo puede calcular las intensidades y potencias necesarias para una PC sumando las intensidades y potencias consumidas por cada uno de los componentes (si se conocen) y agregando luego un buen margen de seguridad. No se debe sobrepasar nunca los límites de la fuente de alimentación, ya que esto llevaría a un desperfecto seguro.

Más aún, conviene no aproximarse en ningún caso a estos límites y reservar un buen margen de seguridad. Los conectores que salen de la fuente de alimentación están conectados a la motherboard o dirigidos hacia otros elementos de la máquina.