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Artigo Como escolher uma fonte de alimentação

Discussão em 'Análises, Artigos e Guias' iniciada por Ra7or, 7 de Junho de 2008. (Respostas: 13; Visualizações: 9179)

  1. Ra7or

    Ra7or Mestre BOINC

    O básico sobre Fontes de Alimentação


    http://www.*****.com/_media/contents/products/an50/a9a7c9d935.jpg
    Escrito por:
    Tiago Neves (Ra7or)
    Data: 06/06/2008
    Agradecimentos: À malta do HS por ter permitido que criasse algo baseado no artigo deles e ao NOD32 que me bloqueou o Vista e fez com que perdesse 1hora de trabalho.



    Neste artigo tentarei de um modo simples, objectivo e tentando evitar muitos dos conceitos técnicos inerentes a esta matéria, explicar o modo de funcionamento das fontes de alimentação que usamos nos nossos computadores no dia-dia. Aspectos como a eficiência, o factor de potência, ripple, rails, protecção, aspectos estes que devemos de ter em consideração quando vamos comprar uma fonte de alimentação.
    Tentarei eliminar algumas ideias mal formadas, instruir e acima de tudo orientar quem gosta, precisa e quer saber sempre um pouco mais.
    Um comprador/entusiasta informado vale sempre por dois!!
    Antes de avançarmos mais além, temos de saber exactamente o que é uma fonte de alimentação, o que faz e para que serve.
    Sendo um aparelho eléctrico, um computador precisa de energia eléctrica para que funcione sem problemas e o aparelho responsável por fornecer essa energia ao computador da melhor forma possível é precisamente a fonte de alimentação. A função básica de uma fonte de alimentação é a de converter corrente alternada ( AC ) que é a que sai das tomadas, em corrente contínua ( DC ), converte os 230V da rede, nas várias tensões que o PC necessita, +3.3V, +5V, +12V, -12V.
    Para um melhor entendimento destes conceitos básicos de electricidade consultem o guia de como usar o multímetro.
    As fontes de alimentação de um modo geral podem ser divididas em duas categorias, lineares e comutadas (ou chaveadas como dizem os brasileiros).
    As fontes lineares são muito boas para baixas potências, no entanto quando se aumenta a potência também aumenta o tamanho/peso de mesma. O tamanho do transformador e dos condensadores é inversamente proporcional à frequência da tensão AC de entrada. Quanto menor a frequência da tensão AC maior será o tamanho destes dois componentes, logo aqui existe um problema, pois as fontes de alimentação lineares recebem no transformador de entrada a frequência da rede, ou seja 50Hz, uma frequência um tanto baixa quando se pretende desenhar fontes para grandes potências. Todos nós sabemos que um computador não pode ser nem muito grande, nem muito pesado.
    A solução para este problema foram as fontes comutadas de alta frequência ( high-frequency switching).
    Nas fontes de alta frequência comutadas a frequência da tensão de entrada é aumentada (perto dos Kilohertz) antes de ir para o transformador. Com a frequência aumentada os componentes podem ser muito menores, podendo então ser usadas em aparelhos como leitores de DVD, os computadores claro, portáteis, etc.
    Podendo ser o componente mais posto de parte por quem está a montar um PC, ou já possui um, é ela que alimenta todo o sistema e sendo de má qualidade tudo pode falhar ou vir a falhar por má alimentação, já que estamos a falar de sistemas electrónicos muito sensíveis a variações na tensão de alimentação. Não só a qualidade da fonte determina parte do tempo de vida dos componentes, como também pode ajudar a poupar uns aérios na conta da electricidade ao fim do mês, reduzir a temperatura dentro da caixa, diminuir o ruído produzido pelo PC em geral.



    Por onde entra a electricidade??

    Por norma as fontes que nos vendem em Portugal estão preparadas para a nossa tensão alternada normalizada monofásica, resumindo e baralhando os 230V.
    O que interessa nisto, e visto que compramos as fontes cá e não na América, ou Japão, é que na parte de trás da fonte, junto ao conector onde ligamos o cabo de alimentação, tem um botão com a referência 110/220. Este botão pode dizer-nos algo já sobre a fonte, relativamente à correcção do factor de potência. Se por ventura a sua fonte tiver o dito cujo, ela poderá ser de PFC passivo, caso não tenha o botão poderá ser PFC activo. Disse “poderá”, pois nem todas as fontes seguem esta pequena “regra”, no entanto não deixa de ser o mais visto no mercado.

    Conectores:
    As fontes de alimentação dispõem de vários tipos de conectores para cada componente, dos quais:

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    • Conector da motherboard: É o cabo usado para alimenta a motherboard, usa o conector de 24 pinos, também havia o conector de 20 pino nas motherboards que seguiam a norma ATX12V 1.X.
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    • Conector ATX12V: Este conector com quatro terminais é usado alimentar o CPU.
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    • Conector EPS12V: Conector com 8 terminais, tem a mesma função do anterior, exceptuando o facto de poder fornecer mais corrente ao CPU. Nem todas as motherboards vêm equipadas para receber este conector como nem todas as fontes vêm com este conector. Das motherboards que usam esta conexão, algumas trazem uma protecção a tapar metade dos buracos, ficando apenas 4 para a ligação ao ATX12V, mas se removermos a protecção podemos lá ligar o conector EPS12V.
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    • Conector PCI Express: Este conector tem por objectivo fornecer uma alimentação extra àquela que o próprio slot já fornece. Estes conectores podem ter 6 ou 8 terminais, por exemplo o modelo a Nvidia a 9800GX2 usa dois conectores, um de 6 pinos e outro de 8 pinos.
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    • Conectores de alimentação SATA: Serve para alimentar os componentes SATA que temos dentro dos nossos PCs, sejam eles leitores/gravadores de DVD, bolo-rei, SSD, HDD. Contém 15 pinos ao todo, e podemos converter um molex numa ligação destas por meio de um adaptador.
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    • Conectores periféricos ou Molex: O nome molex o qual usamos para referir estes conectores usados desde há largos anos nos computadores, veio do facto de estes conectores terem inscrito Molex, já que a IBM usava uma empresa chamada Molex que produzia este tipo de conector, sendo o seu nome correcto, conector standard periférico.
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    • Conector para disquetes: Este conector é uma versão mais pequena do chamado molex, e tem por objectivo alimentar a drive de disquetes.
    A Potência:

    A potência é algo importante quando vamos comprar a fonte, é talvez um dos factores que olhamos logo aquando da compra da fonte. Pois bem, a potência apregoada muitas das vezes pode não ser suportada pela fonte, já que:
    • Pode ser a potência de pico, que apenas poderá ser atingida durante instantes muito curtos, e se for por tempo prolongado poderá sobreaquecer a fonte e queimar.

    • A potência ter sido medida usando uma temperatura ambiente de 25º e todos nós sabemos que dentro de um computador isso é difícil. O problema prende-se no facto de que um semicondutor (transístor, Circuito integrado) ou um indutor (bobina) tem uma limitação, pois quanto maior for a temperatura a que estão submetidos menor será a sua capacidade de condução eléctrica. No fundo a potência máxima medida num ambiente ideal, pode não ser atingida na realidade.

    • Mentir também é um factor que devemos de ter em consideração, principalmente com fontes de marca branca.
    Algo que se deve de ter em conta é uma particularidade dos semicondutores e dos indutores, que é a perda da capacidade de conduzir a corrente eléctrica, logo quando a temperatura aumenta dentro da caixa, a fonte deixa de poder fornecer a potência para que foi feita. Isto acontece porque as fontes foram projectadas para uma temperatura ideal de 25º, e todos sabemos que dentro das nossas caixas isso é muito difícil, dai muitas marcas já avisarem que as fontes foram testadas a determinadas temperaturas superiores, claro.
    Pode-se pensar que a potência máxima da fonte é a soma das várias potências, por exemplo a potência máxima da fonte é a soma das potências da linha dos 3.3V, 5V e 12, mas não o é. O que acontece isso está relacionado com o desenho interno da fonte. Se por exemplo tivermos 10W Máx. na linha dos 5V e 10W Máx. na linha dos 3.3V a soma da potência máxima das duas linhas não é 20W, já que a linha dos 5V poderá dar apenas os 10W se a linha dos 3.3V não estiver sobrecarregada.
    O mesmo poderá acontecer com as linhas dos 12V.

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    Imaginemos duas fontes de alimentação: uma de 600W e outra de 500W. Precisamos perto de 500W para o nosso PC, portanto iremos para a que tem mais potência, certo? Errado, a primeira coisa a fazer e visto os nossos PCs hoje em dia consumirem muito mais a partir das linhas dos 12V, é verificar qual das duas tem maior potência nessas mesmas linhas, e isto escapa a muita gente. A fonte de 600W só tem 300W na linha dos 12V e a de 500W tem 400W na linha dos 12V. Apesar de ter apenas 500W tem mais potência onde ela é preciso, mas atenção que estes valores são hipotéticos.


    Eficiência:

    A eficiência, mostra em percentagem quanto da potência que entra é entregue ao PC, ou seja a fonte pode estar a receber da rede eléctrica 1000W e apenas estar a entregar ao PC 500W, logo terá uma eficiência de 50%. Isto sim, ao contrário do PFC é que faz poupar energia ao fim do mês, dado que muita dessa potência perdida é convertida em calor e não nos serve de nada.
    Interessa-nos retirar daqui que quanto maior for a percentagem melhor será a eficiência da fonte, logo uma maior poupança, fontes com uma eficiência superior a 80% já são consideradas boas ou muito boas.

    Eficiência =Potência de saída / Potência de entrada

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    Correcção do factor de Potência (PFC ):

    Todos os equipamentos com motores, transformadores, bobinas (que produzem campos magnéticos), tal como a nossa fonte usam dois tipos de energia: Activa (medida em KWh) e a reactiva (medida em KVArh). A activa é a que é usada para por exemplo aquecer uma resistência de um aquecedor e produzir calor, a reactiva é usada para produzir os campos magnéticos que fazem permitem que o por exemplo um motor funcione. A soma vectorial da reactiva com a activa é chamada de potência aparente e é medida em KVAh. Para o consumo industrial a potência aparente tem uma importância muito grande, pois são usados muitos motores, e é através disso que se calcula a factura ao fim do mês, já nas nossas casas o que pagamos é a activa.

    O problema é que a reactiva também é potência e circula nos sistemas, onde poderia ser usada mais potência activa.

    O factor de potência resulta da divisão da potência activa pela potência aparente.

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    E Porquê a divisão? Porque o factor de potência é o co-seno de phi, ou seja Pactiva/Paparente. Esse valor varia de 0 até 100% ou de 1 a 0. Para a indústria a sua factura da energia gasta, é baseada neste valor, que deverá de estar muito perto de 1 ou 100%, o que quer dizer que não anda energia reactiva a ocupar o “espaço” da activa. Como nas nossas casas o que pagamos é a activa através do triângulo podemos ver que mesmo que o valor de phi varie muito não nos vai fazer diferença nenhuma na conta ao fim do mês.
    A potência reactiva total é igual à reactiva magnética menos a reactiva dos condensadores, por isso é que se aumentarmos num circuito a energia reactiva nos condensadores diminui a reactiva total, diminuindo assim o ângulo e aumentando o factor de potência.
    O PFC não é mais do que um meio de corrigir o factor de potência tentando sempre mate-lo o mais perto possível de 1.
    Existem dois tipos de PFC, activo e passivo. O activo mantém o PFC acima dos 95%, e o passivo acima dos 60-80%.


    Estabilidade, ripple e ruído.


    As fontes de alimentação devem de ter as suas tensões de saída o mais perto possível da tensão nominal correspondente, se a linha for de 12V deverá de estar perto disso, podendo haver uma certa oscilação tanto para cima como para baixo na ordem dos 5%. Normalmente quando a carga numa linha aumenta a tensão tende a diminuir.
    Quando em muitas reviews se vê as pessoas a medir as tensões de saída isso não nos vai dizer grande coisa sobre a fonte, pois a fonte até pode oscilar muito e o multímetro não conseguir medir essa oscilação por ser muito rápida e apresentar um valor que nos parece bom.
    Teoricamente uma tensão contínua tal como o nome indica seria uma tensão que não oscile/varie no tempo, mantendo-se sempre no mesmo valor, tipo linha recta, mas isso não acontece e a essa oscilação chamamos ripple.
    Essa oscilação em volts, só pode ser medida num osciloscópio que nos apresenta um gráfico em que a tensão varia no tempo. A oscilação não pode exceder os 120mV na linha dos +12V e 50mV na linha dos 5 e 3.3V, sendo estes valores pico a pico.
    Esta oscilação é muito importante porque os circuitos electrónicos são muito sensíveis a oscilações podendo deixar de trabalhar correctamente.

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    Medição num osciloscópio do ripple de uma fonte.

    Várias linhas:

    As normas que regulam a concepção das fontes de alimentação, limitaram a 240W a potência por cada fio, ora isso requeria um circuito de protecção com sobrecarga. Tendo em conta que as fontes têm vários fios seriam necessários vários circuitos, o que aumentava o seu preço e tamanho.
    Visto que a corrente não está sempre a sair do mesmo fio, os fabricantes decidiram então colocar um único circuito de protecção para o grupo dos fios de 12V tendo em conta que não iria passar mais do que 240W num único fio. A esta solução chama-se de linha-única ou single-rail.
    Algumas fontes especialmente as mais baratas não têm este circuito para reduzir os custos de produção.
    Outros fabricantes decidiram colocar mais do que um circuito de protecção, limitando então a saída de corrente de cada grupo de fios. Então a cada circuito destes chamamos linha ou rail e Sempre que a potência exceder um determinado valor (ex. 20A) esse circuito é desligado. Estas linhas não são reais pois os 12V por exemplo podem vir do mesmo ponto, apenas são separados para a protecção, daí ouvirmos muitas vezes rails virtuais.
    Os sistemas de múltiplas linhas, têm a desvantagem de termos de controlar a potência a que iremos submeter cada circuito/linha.


    Protecções:


    As fontes de alimentação possuem vários tipos de protecção, contra curto-circuito, tensão baixa de mais, alta demais, corrente excessiva, temperatura excessiva etc.
    Todas estas protecções custam dinheiro, aumentando o preço final da fonte, mas protegendo o nosso PC.
    Basicamente se algo correr mal, a fonte é desligada.

    Acaba assim este mini-tutorial sobre fontes de alimentação e os aspectos que devemos de ter em conta quando vamos comprar uma.
    Espero que tenham gostado, e algum erro, questão problema etc basta enviarem PM que se eu puder ajudar o farei sem problemas.
    “Ajudar para ser ajudado”.

    Baseado em :
    Everything You Need to Know About Power Supplies
     
    Última edição: 7 de Junho de 2008
  2. Ra7or

    Ra7or Mestre BOINC

  3. Marco André

    Marco André Power Member

    Belo Artigo :) Thanks Ra7or
     
  4. redalert

    redalert Folding Member

    Não percebo como um switch de selecção de tensão de entrada te diz se o controlador comutado da fonte regula ou não o factor de potência. :confused:

    Não há "contrário" de "energia reactiva". Estás a confundir a energia eléctrica acumulada num condensador ou energia magnética num elemento indutivo com algo que não é igual: energia reactiva.


    Os condensadores (nas linhas de saída da fonte) estão lá para injectar (alguma) potência reactiva de modo a estabilizar a tensão, EMBORA, quem controle definitivamente o factor de potência da fonte é o controlador comutado que regula o disparo dos semicondutores por meio de DCM (Discontinuous Conduction Mode) ou CCM (Continuous Conduction Mode), via modelaçao PWM por exemplo. Depende muito do que o fabricante implementou e dos regulamentos de compatibilidade electromagnética.

    Só mais um pequeno reparo.

    Energia "aparente" é expressa em KVAh
    Energia activa é expressa em KWh
    Energia reactiva é expressa em Kvarh

    As unidades de reactiva são escritas em letras minúsculas (volt_ampere_reactivo), ao contrário da aparente (Volt_Ampere). ;)

    E já agora, um transformador também produz campo magnético. Se assim não o fizesse não haveria conversão de energia. :D


    De resto, muito bom artigo. :)


    [[]]
     
    Última edição: 7 de Junho de 2008
  5. Ra7or

    Ra7or Mestre BOINC

    Isso não te sei explicar, se leres vários artigos do género irás encontrar essa informação.



    Tens toda a razão, aí troquei as coisas, existe a energia reactiva total, a dos condensadores e a magnética, o que queria dizer é que a energia reactiva total é igual à reactiva magnética menos a reactiva dos condensadores, por isso é que se aumentarmos num circuito a energia reactiva nos condensadores se diminui a reactiva total. Estou correcto??


    Os condensadores (nas linhas de saída da fonte) estão lá para injectar (alguma) potência reactiva de modo a estabilizar a tensão, EMBORA, quem controle definitivamente o factor de potência da fonte é o controlador comutado que regula o disparo dos semicondutores por meio de DCM (Discontinuous Conduction Mode) ou CCM (Continuous Conduction Mode), via modelaçao PWM por exemplo. Depende muito do que o fabricante implementou e dos regulamentos de compatibilidade electromagnética.

    Isso já é muita fruta para a minha carrinha:p


    Eu sei isso, o problema é que escrevi tudo e depois esqueci-me de rever algumas coisas, mas obrigado pelo reparo, no entanto a reactiva é KVArh.


    Onde é que eu disse que não???


    Muito obrigado pelas correcções, vou tentar corrigir da melhor forma.
    Cmps
     
  6. redalert

    redalert Folding Member

    Isso não existe. Não há 2 tipos de reactiva. Ela é toda uma só, apenas muda o sentido do trânsito. Energia em condensadores e enrolamentos é, respectivamente, eléctrica e magnética.

    Os condensadores servem de compensadores reactivos assíncronos, ou seja, injectam potência reactiva nas linhas.

    Sendo a potência aparente:

    Código:
    S = P + j*Q
    
    Q = -w*C*V^2
    Com Q a potência reactiva, w frequência da linha (eu sei que é DC, mas há harmónicas e consequentemente ripple na saída, logo w != 0), C a capacitância dos ditos e V o módulo da tensão aos terminais da carga capacitiva. É de notar o sinal negativo da potência reactiva, pois os condensadores injectam-a, não consomem. Logo o trânsito é negativo. :D

    Os condensadores fazem o serviço da fonte a nível de injecção de reactiva nos circuitos, caso contrário a tensão de saída da fonte cairia ou oscilaria colossalmente. :) Se a reactiva consumida pelas cargas não for suprida pelos condensadores, a tensão cai. E não é pouco.

    Isto, porque a grande maioria das cargas num PC são indutivas! Se fossem capacitivas, havia necessidade de trocar os condensadores por circuitos indutivos para consumir a reactiva que transitaria nas linhas, produzida pelas cargas a si ligadas.


    Reactiva -> dimensão escrita em letra minúscula -> Kvarh. ;) As unidades vêm em letras maiúsculas porque são nomes de pessoas. Não conheço ninguém chamado Volt_reactivo ou Ampere_reactivo. :p É por isso que volt_ampere_reactivo deverá ser escrito em letra minúscula. :)


    [[]]
     
    Última edição: 7 de Junho de 2008
  7. byakya_sama

    byakya_sama Power Member

    Muito bom, bookmarked. Seria possível teres uma tabela com fontes recomendadas, e talvez um sistema genérico em que elas se apliquem? Assim evitava-se de estarem sempre a perguntar qual a fonte de alimentação que devem usar, etc.

    EDIT: Pensei que o bolo-rei era com molex?

    Cumps
     
    Última edição: 7 de Junho de 2008
  8. Ra7or

    Ra7or Mestre BOINC

    Desculpa mas eu nos meus livros tenho a potência reactiva total, a potência reactiva das bobinas e a potência reactiva dos condensadores, foi assim que aprendi, em que a total era a soma das duas. A potência reactiva de uma bobina era a consumida por ela, não disse que era diferente da total, mas sim que era a respectiva à bobina como a do condensador.

    Mas onde que é que viste que tinha o r em maiúscula?? Em todos os sítios que vi e além de sempre ter usado, sempre escrevi KVAr com estes três em maiúscula.
     
    Última edição: 7 de Junho de 2008
  9. redalert

    redalert Folding Member

    Continuo a dizer que não há potência reactiva "de condensadores e bobinas". Ela é toda uma só, apenas muda o sentido de trânsito. ;)

    Kvarh é como ensinam numa das melhores escolas de engenharia do país e como é apresentado nas melhores bibliografias de sistemas e redes energia eléctrica. Cada um sabe de si. :009:


    [[]]
     
    Última edição: 7 de Junho de 2008
  10. Ra7or

    Ra7or Mestre BOINC

    Então como te referes à potência que te aparece por Qc??por exemplo???

    Eu como não ando nessa escola limito-me a aprender onde posso, além de que nem em eng. posso andar... Nos meus livros e em alguns site aparece-me VA e VAr, não acho que seja um caso de cada um sabe de si, o facto de aparecer das duas formas deverá de ter alguma explicação.

    Espero que não leves a mal eu estar a discutir este assunto, mas gosto de ficar a saber correctamente as coisas.
    Cumps
     
  11. redalert

    redalert Folding Member

    Potência reactiva injectada pelo condensador. Não potência reactiva "do condensador". Os elementos reactivos "injectam" ou "consomem". A energia não "é deles" nem de ninguém, apenas limitam-se a fazer parte do trânsito de energia no sistema. :)

    Acho que não são duas formas, por aquilo que tenho aprendido. Pelo menos é assim que é abordado o assunto nos livros que tenho e no que os meus professores transmitem.

    És tu e eu. :p


    [[]]
     

  12. Meus amigos,

    Li, mas é muito longo e acho que saí na mesma, pois continuo com a pergunta: qual fonte devo comprar?
    A questão é: o que devo procurar em uma fonte? Quais os ítens importantes? Watts? PFC ativo? O que ?

    Se possível, peço que coloquem as especificações que devemos procurar em uma boa fonte.

    De qualquer forma deixo os parabéns para o amigo Ra7or pelo belo trabalho, dedicação e tempo dispendido.

    Um grande abraço,

    thejota/São João da Barra/RJ/Brasil.
     
  13. Ra7or

    Ra7or Mestre BOINC

    Para ficar na mesma ou das duas três, ou não leu tudo, não compreendeu, ou já sabia...

    Este mini-tutorial visa explicar o que quer dizer cada uma das especificações da fonte, e assim quando for comprar saber comparar e o que querem dizer. Aqui a ideia não era dizer, que devemos de procurar uma fonte com PCF activo, Muitos watts e tal, mas sim ensinar a pessoa a sabe procurar.
    Cumps
     
  14. Rom Hacker

    Rom Hacker Banido

    Bom Artigo Ra7or :)
    thejota,está tudo explicado,é só ver:)
     

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