Anatomía de una unidad de fuente de alimentación (PSU)

Cada computadora de escritorio, consola o computadora portátil tiene uno de estos. No aumenta su velocidad de cuadros ni produce criptomonedas; no tiene miles de millones de transistores y no está hecho con el último nodo de proceso de semiconductores. Suena aburrido, ¿verdad? ¡Para nada! Esto es muy importante porque sin él, nuestras computadoras no harían absolutamente nada.

Las unidades de fuente de alimentación no rompen los titulares que hacen las últimas CPU, pero son tecnologías fantásticas. Así que pongamos nuestros vestidos, máscaras y guantes y abramos la humilde fuente de alimentación. Descomponga sus diferentes partes y vea qué hace cada parte.

¿Cuál es el nombre del juego?

Muchas partes de la computadora tienen nombres que requieren poco conocimiento tecnológico para comprender exactamente lo que hace (como una unidad de estado sólido), pero en el caso de una unidad de fuente de alimentación es bastante obvio. Es una unidad. ¡Ofrece potencia!

Dado que no podemos simplemente desempolvar nuestras manos y decir con orgullo & # 39; artículo hecho & # 39; Con ese tipo de afirmación, deberíamos ver mejor una. Utilizamos un Cooler Grasp G650M: es un diseño bastante genérico con una especificación que se encuentra en docenas más, pero tiene una característica específica que no todas las fuentes de alimentación tienen.

Esta fuente de alimentación tiene un tamaño estándar, y por eso queremos decir que se adhiere al issue de forma ATX 12V v2.31 para caber en muchas cajas de computadora.

Sin embargo, existen otros factores de forma: los de casos más pequeños o los únicos para proveedores específicos. No todas las unidades siguen los tamaños exactos especificados por los factores de forma estándar, pueden tener el mismo ancho y alto, pero pueden ser más largos o más cortos.

Generalmente están etiquetados con la cantidad de energía que pueden proporcionar como máximo; en el caso del Cooler Grasp, puede proporcionar hasta 650 vatios de energía eléctrica. En este artículo, veremos lo que realmente significa, pero puede obtener fuentes de alimentación que solo suministran una pequeña cantidad de vatios, ya que no todo lo que necesita la computadora es cientos de vatios para funcionar. Sin embargo, la mayoría de las PC de escritorio funcionan bien en el rango de 400 a 600 W.

Las PSU como esta están contenidas en una caja de steel, generalmente negra o simplemente de steel, por lo que pueden ser pesadas. Las computadoras portátiles casi siempre tienen una fuente de alimentación que se encuentra externamente en la computadora y casi siempre es de plástico, pero el inside es muy related a lo que vemos en este.

La mayoría de las fuentes de alimentación para PC de escritorio vienen con un interruptor de alimentación para aislar la fuente de alimentación y un ventilador para mantener las cosas agradables y frescas, pero no todas lo hacen (o necesitan). No todos tienen un cuerpo de steel lleno de agujeros tampoco; los que se encuentran en los servidores rara vez los tienen.

Pero como puede ver en la imagen de arriba, ya hemos tomado un destornillador para nuestro ejemplo, así que vamos a arrancar la tapa y saltar dentro.

Estoy de vuelta en negro

Antes de comenzar a enraizar con el inside de una fuente de alimentación, pensemos por qué incluso necesitamos una en primer lugar. ¿Por qué no podemos hacer que la computadora se conecte directamente a la toma de corriente? La respuesta radica en el hecho de que las partes modernas de la computadora esperan que la energía eléctrica se suministre de una forma muy diferente a la que proporciona la toma de corriente.

El siguiente gráfico muestra cuál debería ser la fuente de alimentación (EE. UU. = Líneas azules y verdes; Reino Unido = línea roja). x -axis muestra el tiempo en milisegundos y y -axis muestra el voltaje en volt . La mejor manera de pensar sobre el voltaje es que es una medida de la diferencia de energía entre dos puntos.

Si se aplica un voltaje a través de un materials conductor (por ejemplo, una longitud de cable de steel), la diferencia de energía hará que los electrones en el materials fluyan desde el nivel de energía más alto al más bajo. Este es uno de los componentes básicos de los átomos que componen el materials, y los metales tienen muchos electrones que son libres de moverse. Esta corriente de electrones se llama corriente y se mide en amperios .

Una buena analogía para los técnicos es que se puede suponer que la electricidad es como el agua en una manguera: el voltaje corresponde a la presión que usa, el caudal de agua es la corriente y cualquier restricción en la tubería actúa como resistencia eléctrica.

Podemos ver que la fuente de alimentación varía con el tiempo, y esto se conoce brevemente como fuente de alimentación AC o simplemente corriente alterna. En los Estados Unidos, el voltaje de la pink varía 60 veces por segundo. En segundo lugar, alcanzar un pico de 340 V o 170 V, dependiendo de la ubicación y el suministro. El Reino Unido alcanza un pico ligeramente más bajo y también varía un poco más lentamente. Casi todos los países del mundo tienen voltajes de salida de pink como este, y solo unos pocos tienen voltajes pico más bajos o más altos.

La necesidad de una fuente de alimentación reside en el hecho de que las computadoras no funcionan con alimentación de CA: necesitan un voltaje constante, uno que nunca cambie, y también debe estar en mucho nivel más bajo . Usando las mismas escalas gráficas se ve así:

Es mucho más bajo que apenas es seen, pero los requisitos para una computadora moderna no son para un voltaje constante, sino cuatro – es decir +12 voltios, -12 voltios, +5 voltios y +3.Three voltios. Y debido a que estos valores son constantes, se denominan corriente continua o CC, demasiado cortos. Entonces, una gran parte de lo que hace una PSU es convertir AC a DC (enviar una guitarra) … ¡Es hora de abrir el dispositivo y ver cómo lo hace!

En este punto, debemos advertirte que no intentará esto si no sabes lo que estás haciendo. Comunicarse con el inside de una fuente de alimentación puede ser muy peligroso. Hay componentes dentro de cada unidad que almacenan energía eléctrica, y algunos almacenan mucho.

El diseño de esta fuente de alimentación es related a muchos otros, y aunque la marca y el modelo de las diferentes partes utilizadas en el inside serán diferentes, básicamente hacen lo mismo.

La conexión del zócalo a la fuente de alimentación está en la esquina superior izquierda de la imagen, y el suministro está esencialmente en el sentido de las agujas del reloj alrededor de la imagen hasta que alcanza la salida de la fuente de alimentación (gran grupo de cables de colores, esquina inferior izquierda).

Si volteamos la placa de circuito, podemos ver que, en comparación con las conexiones en una placa base, estas son anchas y profundas, están diseñadas para que fluya mucha energía a través de ellas. Otra cosa que es inmediatamente obvia es el gran desfiladero que corre por el medio, como un río que corta un camino en un campo.

Esto resalta el hecho de que todas las unidades de suministro de energía tienen dos secciones claramente definidas para ellas: primaria y secundaria . El primero se trata de configurar el voltaje de entrada para que pueda cambiarse efectivamente desde el nivel de la fuente de alimentación; el último trata sobre este cambio y los procesos posteriores.

Es un operador fluido

Lo primero que hace la fuente de alimentación para la fuente de alimentación es no cambiarla de CA a CC o la pérdida de voltaje; en cambio, se trata de igualar el voltaje de entrada. Debido a que tenemos muchos dispositivos eléctricos en nuestros hogares, oficinas y negocios que se encienden y apagan, además de emitir señales electromagnéticas, la corriente alterna variable a menudo es voluminosa y con picos ocasionales (la duración de las variaciones tampoco es constante). Esto no solo hace que sea más difícil para la PSU ajustar la pink eléctrica, sino que también puede dañar algunos de los componentes que contiene.

Esta fuente de alimentación tiene dos fases de los denominados filtros transitorios el primero de los cuales se aplica directamente a la toma de entrada utilizando Three componentes llamados condensadores para hacer el trabajo. Piense en esto como un golpe de velocidad para cambios repentinos en el voltaje de entrada.

La segunda etapa de filtrado en esta fuente de alimentación es más complicada pero esencialmente hace lo mismo.

Los bloques amarillos son más condensadores, mientras que los anillos verdes envueltos en alambre de cobre son inductores (aunque generalmente se llaman choques cuando se usan de esta manera). Los inductores almacenan energía eléctrica en un campo magnético, pero este campo & # 39; también empuja hacia atrás & # 39; en el voltaje que suministra la energía, por lo que un aumento repentino en el voltaje resulta en un retroceso repentino del campo magnético para suprimirlo.

los discos azules pequeños son aún más condensadores, y justo debajo de ellos (escondido debajo de una cubierta de plástico negro) hay un varistor de óxido de steel (MOV). Estos también se utilizan para ayudar a contrarrestar saltos y picos en el voltaje de entrada; Puede leer más sobre los diferentes tipos de circuitos de filtro de corta duración aquí.

Esta sección de una PSU es a menudo la primera señal de dónde se han reducido los costos para garantizar que el modelo alcance un presupuesto específico. Las más baratas tendrán menos filtración, y las más baratas no tendrán ninguna (¡eso no es lo que quieres!).

Ahora que todos estamos suaves y tranquilos, sigamos con la tarea diaria de una fuente de alimentación: cambiar el voltaje.

Desplácese hacia la avenida eléctrica

Recuerde que la fuente de alimentación debe cambiar un voltaje de CA que puede ser en promedio de 120 voltios (técnicamente es raíz significa cuadrar 120 voltios, pero no hace rodar la lengua exactamente) y hackearlo a voltajes DC de 12, 5 y 3.Three voltios.

Lo primero que se hace es una conversión de CA a CC, y esta fuente de alimentación utiliza un componente llamado rectificador de puente . En la imagen a continuación, este es el objeto negro plano adherido a la pieza de steel (que actúa como un disipador de calor).

Esta es otra área en la que un fabricante de PSU puede reducir costos con componentes más baratos que hacen un peor trabajo con la conversión de CA a CC (por ejemplo, emitir más calor) . Si el voltaje de entrada ahora alcanza el pico a 170 voltios (que es el caso de la pink eléctrica de 120 V), el puente rectificador emite 170 voltios CC.

Esto se transfiere al siguiente paso en la PSU y en el & # 39; mirándolo, se llama convertidor de corrección de issue de potencia activa (APFC). Este circuito ajusta la cantidad de corriente en la unidad para tener en cuenta que está llena de componentes que almacenan y liberan energía de una manera compleja; Esto puede provocar que la potencia actual del dispositivo sea inferior a la que debería obtener.

Otras unidades de suministro utilizan inversores pasivos que hacen esencialmente el mismo trabajo. Son menos eficientes, pero están bien para dispositivos de baja energía; también son más baratos, por lo que puede adivinar qué tipo de PSU tienen estos cuando realmente no deberían tenerlos.

El APFC se puede ver en la imagen de arriba: los cilindros grandes de la izquierda son condensadores y almacenan la corriente ajustada antes de pasar al siguiente paso en la cadena de procesos de la PSU.

Esta sección almacenada detrás del APFC se denomina circuito de modulación de ancho de pulso (PWM, para abreviar). Su trabajo es tomar el voltaje de CC y usar varios transistores de potencia de campo para encender y apagar el voltaje a una velocidad muy alta; esencialmente convierte el voltaje de CC en una corriente alterna. Hace esto porque la parte de la fuente de alimentación que convierte el voltaje de la pink a 12 voltios es un transformador . Estos dispositivos usan inducción electromagnética y un conjunto de dos bobinas de cable (uno tiene más bucles en la bobina que el otro) para romper el voltaje; Sin embargo, los transformadores solo funcionan con una tensión alterna.

frecuencia del voltaje de CA (la velocidad a la que varía, medida en hercios, Hz), afecta significativamente la eficiencia del transformador – cuanto mayor es mejor – es por eso que la fuente de alimentación de 50 / 60 Hz se cambia a uno que varía en algo así como 50/60 mil Hz. Cuanto más eficiente es un transformador, más pequeño puede ser. Este cambio súper rápido de voltaje de CC es la fuente del nombre de este tipo de dispositivo: una fuente de alimentación conmutada (SMPS).

Puede ver Three transformadores en la imagen a continuación: el más grande genera solo la salida de 12 voltios; en otras unidades de suministro de energía, el transformador grande puede realizar todos los voltajes. El siguiente más grande genera una única salida de 5 voltios, de la que hablaremos un poco, y el más pequeño actúa como un aislador para el circuito PWM, que lo mantiene a salvo de daños y también evita que interfiera con Otras tensiones en la PSU.

Las diferentes PSU tienen diferentes formas de crear los voltajes requeridos, aislando el circuito PWM, and many others. Todo depende de las limitaciones presupuestarias y de la cantidad de energía que necesita la unidad. Sin embargo, todos ellos necesitan tomar la salida del transformador y devolverla a la corriente continua.

En la foto de abajo se encuentra el gran disipador de calor de steel para los rectificadores de puente que realiza esta conversión. También podemos ver en esta fuente de alimentación específica que la placa de circuito en el centro de la imagen corresponde a un grupo de módulos de management de voltaje (VRM) que crean una salida de 5 y 3,Three voltios.

En esta etapa vale la pena hablar de algo llamado ondulación .

En un mundo perfecto, con fuentes de alimentación perfectas, el voltaje de corriente alterna variable se transformaría en un voltaje de CC constante, que nunca fluctúa. En realidad, sin embargo, no es 100% puntual y el voltaje de CC varía muy ligeramente.

Esta variación se llama voltaje de ondulación y para una fuente de alimentación, desea que sea lo más pequeña posible. Cooler Grasp no proporciona la magnitud del voltaje de ondulación en las especificaciones de este modelo de PSU, por lo que hemos recurrido a una revisión detallada para encontrarlos. Tal análisis fue realizado por JonnyGuru.com y descubrieron que la línea de +12 V en su prueba tenía un voltaje de ondulación de 0.042 voltios (42 milivoltios).

La siguiente imagen muestra cómo se puede comparar esto con lo que se requiere. La línea roja es la constante objetivo + 12V CC, la línea azul variable es lo que realmente obtenemos (aunque la ondulación en sí misma no es constante).