FUENTE CONMUTADA ATX
orlando172611 de Diciembre de 2012
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FUENTE CONMUTADA ATX
OBJETIVOS
El objetivo de este trabajo es comprender el funcionamiento básico de una
fuente conmutada comercial tipo ATX usadas en PC’s de escritorio.
Tal trabajo abarca:
• Reconocimiento de partes o bloques internos de la fuente,
• Relevamiento detallado del circuito y de componentes, funcionamiento.
• Mediciones sobre el circuito original,
• Cálculo y diseño del transformador de potencia, comparación con el diseño
original,
• Rearmado de la fuente en un nuevo diseño del PCB con capacidades
didácticas.
El reconocimiento interno de partes es necesario como primer paso para
encarar la siguiente etapa correspondiente al relevamiento detallado.
El relevamiento detallado del circuito se hizo con ayuda de otra fuente similar,
ya que algunas partes fueron destruidas para poder efectuar esta tarea en
detalle, tal es el caso de los transformadores donde se hizo lo posible para no
romper la ferrita, lamentablemente esto no pudo evitarse, como ventaja se
obtuvo información detallada de los transformadores, número de espiras, tipo
de bobinados, etc.
Las mediciones se efectuaron sobre el circuito original de la fuente, para llevar
a cabo este proceso, se soldaron cables por debajo del PCB de la fuente hasta
una plaqueta universal, en esta plaqueta se encuentran soldados pines de
prueba que permiten realizar más cómodamente las mediciones.
El cálculo de los transformadores se basa en la teoría de diseño de fuentes
conmutadas encontrada en los libros, de esta manera se puede comparar
teoría y diseño original.
El rearmado de la fuente consiste en un nuevo diseño de PCB que permite
agregar al circuito capacidades didácticas, se agregan pines de medición, se
agranda la dimensión de la placa para tener mayor comodidad en las
mediciones, el PCB se diseña en 2 capas permitiendo de esta forma utilizar
planos de masa que actúan como escudo electromagnético.
Una vez concluido el trabajo se alcanza un conocimiento básico del
funcionamiento de una fuente ATX.
INTRODUCCIÓN
Básicamente la fuente ATX incorpora una fuente secundaria independiente de
la fuente principal, todo incluido en la misma placa de la fuente. Esta fuente
secundaria se la conoce también como fuente de “Stand by”, es la responsable
de entregar una tensión de +5 Volts siempre que la fuente esté conectada a la
red eléctrica, aún estando la PC apagada.
Esta tensión se denomina +5VSB, por lo general es un cable de color violeta en
el conector principal, cabe aclarar que es independiente de la tensión principal
+5V, representada por cables de color rojo en el mismo conector.
¿Qué función cumple esta tensión +5VSB?
Su función es alimentar circuitos auxiliares de la placa madre tipo ATX, éstos
son los que permiten encender y apagar el PC desde un simple pulsador
conectado a la placa madre y no desde un interruptor que directamente
desconecta el PC como en el caso de las PC AT, otra función es mantener la
memoria RAM con alimentación mientras nuestro sistema “Hiberna”.
Podemos decir entonces que la tecnología ATX posibilita al sistema operativo
manejar la fuente, recordemos que en las PC tecnología AT, para apagar el
sistema debíamos esperar que aparezca en la pantalla de nuestro ordenador la
leyenda “Es seguro apagar el equipo”, esto desaparece con la tecnología ATX.
CONSTITUCIÓN INTERNA – FUENTE ATX
DIAGRAMA EN BLOQUES
En la figura se observa un diagrama en bloques que muestra cómo está
constituida internamente una fuente conmutada tipo ATX.
FOTOGRAFÍA DEL HARDWARE
1. IC Cuádruple Amplificador operacional HA17339
2. Controlador PWM KA7500B
3. Inductor acoplado de salida
4. Rectificadores rápidos de salida
5. Transformador de potencia
6. Transformador para disparo de los transistores de potencia
7. Rectificador de entrada
8. Capacitares de filtro de entrada
9. Optoacoplador
10. Transformador de la fuente de Stand By
11. Transistores de potencia
12. Capacitor de bloqueo
TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN
Es el tiempo que tarda en estabilizarse las tensiones de la fuente, la señal
PWR_OK ó PG (puede aparecer con estas 2 nomenclaturas según el
fabricante) correspondientes a “Power OK” o “Power good” respectivamente, se
encuentra a 0 Voltios, cuando las tensiones de salida de la fuente están
estabilizadas y listas para suministrar potencia, la señal PWR_OK cambia a 5
Voltios avisando al circuito que alimenta (Placa Madre) que ya puede tomar
potencia de la fuente.
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Realizamos la medición de este tiempo de estabilización con el osciloscopio
colocando el canal 1 a la señal PS/ON y el canal 2 a la señal PWR_OK, se
obtuvo una lectura de 7.2 div con la base de tiempo en 50 ms/div;
Tiempo de estabilización: 7.2 div. 50 ms/div = 360 ms (Ver figura )
El tiempo de establecimiento es importante conocerlo ya que si se quieren
conectar 2 fuentes conmutadas para poder alimentar una carga de mayor
consumo, se usará como señal PWR_OK la que corresponda a la fuente que
posea mayor tiempo de establecimiento.
Esto es útil por ejemplo si se tiene que alimentar una PC con muchos
periféricos, varios discos rígidos y además una placa de video de alto
desempeño o varias placas de video tal como el caso de la actual tecnología
SLI, de esta manera podemos repartir el consumo entre ambas fuentes. La
masa de ambas fuentes debe unirse.
CONECTORES DE LA FUENTE ATX, IDENTIFICACIÓN DE SEÑALES,
CABLES Y COLORES
En las fotografías de la figura se ven los conectores principales de alimentación
de una fuente ATX, el conector de la izquierda es el conector principal, en él se
encuentran no sólo los cables de potencia si no también los cables
correspondientes a la señales de control de encendido de la fuente, el conector
de la derecha corresponde a un conector adicional para motherboards que
demandan mayor consumo, es un conector que suministra 12 Volts, típico en
motherboards
La figura muestra en forma esquemática todos los conectores presentes en una
fuente ATX, cada pin está pintado con el color del cable correspondiente.
Observación: La señal PWR_OK puede aparecer indicada como PG (Power
Good), según la bibliografía o el fabricante de la fuente
ETAPA DE POTENCIA
DESCRIPCIÓN GENERAL
La fuente está diseñada para funcionar a 220 V, no existe un interruptor que
permita elegir entre 110V o 220V. Seguido tenemos en serie un fusible de 2.5 A
y por la otra rama una resistencia NTC que actúa como limitadora de corriente
en el arranque, inmediatamente después tenemos un puente rectificador de
onda completa y un filtro de ripple. La tensión en el punto medio de los
capacitores respecto al nudo inferior indicado con V tenemos una tensión de
155 Volt mientras que en el polo positivo de C5 tenemos una tensión de 315
Volts, nudo indicado con V+.
Los transistores Q01 y Q02 son los encargados de llevar a cabo la
conmutación, cuando uno está en conducción el otro está en corte y viceversa.
Existen lapsos de tiempo muerto donde ambos transistores están al corte, lo
que nunca puede o mejor dicho debe pasar es que ambos sean excitados y
llevados a conducción simultáneamente, pues produce un cortocircuito uniendo
los nodos V+ y V- cuya diferencia de potencial es mayor a 300 Voltios.
Debe por tanto existir un enclavamiento que asegure que ambos transistores
no pasen a conducción simultáneamente, este enclavamiento comienza en el
controlador de PWM de la fuente, en este caso se usa un KA7500B que es
equivalente pin a pin compatible con el TL494, dispositivos ampliamente
usados en fuentes de alimentación para uso en PC’s de escritorio.
Además del controlador PWM integrado existen circuitos adaptadores y
conformadores de la señal entre el controlador y los transistores de potencia,
esto se explica en la siguiente sección
Por último, se observa que la etapa de potencia corresponde a la topología
semipuente (half bridge).
CIRCUITO DE EXCITACIÓN DE LOS TRANSISTORES DE POTENCIA
La figura muestra una parte del circuito que vincula el controlador PWM con los
transistores de potencia.
Nota: 2V y V en el lado primario indican la tensión continua presente en esos
terminales, ejemplo: el colector de Q01 está conectado a 2V que es igual a 315
Voltios aproximadamente (Salida del filtro de entrada), mientras que V = 155
voltios ambas obtenidas por mediciones, y 0 (ref) indica el terminal de masa
que usamos para medir con el osciloscopio.
Estando la fuente conectada a la red, la única parte que está funcionando es la
fuente secundaria de stand by (Circuito asociado al transformador T3), esto
posibilita que se establezcan las
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