Fuentes de Alimentación

Transcripción

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2 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. 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 ). 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, si el caso lo requiere (CPDs, banca, granjas de servidores, etc.) se dispondrán de grupos electrógenos autónomos para mantener el suministro eléctrico el tiempo que sea preciso.

3 Consideraciones generales Como en las cajas y las placas base, los equipos fabricados integramente 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. 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. 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. 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.

4 Consideraciones generales 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. 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 de hogar con 1 unidad 5 ¼, un disco duro y una unidad 3 ½ que un servidor con capacidad para 8 discos duros y 4 bahías 5 ¼ - 3 ½. Teniendo en cuenta estas premisas, se podrían resumir las fuentes usadas por integradores en dos tipos: AT y ATX, habiendo quedado las tipo AT obsoletas. Dentro de cada tipo, podemos encontrar una gran variedad de potencias de salida y de tamaños, aunque las conexiones y tensiones de salidas quedan perfectamente definidas.

5 Tipo AT (obsoleta) Este tipo de fuente quedó obsoleta y solo se encuentra en equipos antiguos. La alimentación de alterna se realiza a través de un conector del tipo IEC-320. 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.). Las salidas de alimentación a la placa base se denominan P8 y P9, son dos conectores con posición, lo que impide su conexión invertida. Dispone también de conectores Molex y Mini para discos duros, lectores, etc.

6 Tipo AT (obsoleta) Como se puede ver, dispone de +5V, -5V, +12V, -12V y GND como salidas, asi como el indicador Power Good que produce una salida de +5V indicando que las salidas de la fuente son las correctas. Las salidas de alimentación a la placa base se denominan P8 y P9, son dos conectores con posición, lo que impide su conexión invertida. Dispone también de conectores Molex para discos duros, lectores, etc. y mini o Berg para unidades de disco flexible. 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. De la misma fuente sale un cable con el interruptor de la red C.A. Sus características se reflejan en una etiqueta sobre la carcasa.

7 Tipo AT (obsoleta) 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. +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 : ,5 = 198,5 Watios. Total indicado en etiqueta: 200 W.

8 Tipo ATX Este tipo de fuente es el generalizado en los equipos actuales. La alimentación de alterna se realiza a través de un conector del tipo IEC-320. Se incorpora la tensión de 3,3 voltios, usada por los dispositivos electrónicos modernos, la alimentación a la placa base se realiza mediante el conector P1. No es imprescindible el interruptor, el mando de encendido se realiza desde la placa base y hay una salida permanente de tensión de 5V para alimentar circuitos de alerta en el equipo para permitir el arranque remoto, por llamada, etc. Dispone también de conectores Molex y Mini para discos duros, lectores, etc.

9 Fuentes de Alimentación Tipo ATX Pin 8 - Gris: Power Ok ( 3,3V y 5V Ok) Pin 14 Power On ( Encendido de la fuente, activo por masa, es decir al unir a masa se activa la fuente). Pin V Standby, hay 5 voltios a la salida incluso estando apagada la fuente, alimenta a los circuitos de alerta del equipo ( tarjeta de red, modem, teclado, etc.). No se puede conectar de forma errónea por la forma de los ejes de plástico (figura).

10 Tipo 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.

11 Tipo 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 75 watios que pueden demandar las ampliaciones de tarjetas PCI Express. Las fuentes ATX 2.0 se pueden usar con placas base anteriores con un cable adaptador que simplemente no usará estas salidas.

12 Tipo ATX / ATX12V / ATX 2.0 En la siguiente etiqueta se pueden observar las máximas salidas para cada valor de tensión de salida, está señalado en el rectángulo 1. En el rectángulo marcado con el número 2 se hacen unas aclaraciones a tener en cuenta para conocer la máxima potencia suministrada por la fuente.

13 Conectores a unidades ( AT y ATX ) Conectores Molex Usado para dispositivos que requieren 12V y 5V de alimentación. El conector Molex tiene chaflanes para evitar su conexión invertida. Conectar un terminal Molex al revés puede destruir los dispositivos a los que se conecta ya que se invierten las tensiones de 5V y 12V.

14 Conectores a unidades ( AT y ATX ) Conectores Mini o Berg Usado originalmente para unidades de disco flexible de 3,5. Al instalarse, asegurar la correcta posición de los pines.

15 Conectores a unidades ( AT y ATX ) Splitter y adaptadores Existen cables que a partir de una salida Molex, nos entregan dos salidas, puede ser útil cuando la fuente no nos entregue el número de conectores que precisamos. También puede ser necesario el uso de adaptadores Molex a Mini, o de Molex a serial ATA (SATA).

16 Elección de una fuente 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. Ver tabla adjunta. PC Item Watios Tarjeta gráfica 40 a 50W Tarjeta PCI (genérica) 5W Tarjeta SCSI PCI 20 a 25W Unidad disco flexible 5W Tarjeta Red Ethernet (NIC) 4W Unidad DVD 10 a 25W RAM 10W / Gb Disco duro 5200 RPM IDE 5 a 11W Disco duro 7200 RPM IDE 5 a 15W Placa base (sin CPU o RAM) 20 a 30W Xeon 5365 Quad Core 3 GHz 50W 733 MHz Pentium III 23.5W 300 MHz Celeron 18W Atom N270 2,5 W

17 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida En el caso de que se interrumpa el suministro eléctrico, es necesario que algunos tipos de equipos ( servidores, estaciones de trabajo, etc.) se cierren de forma adecuada y sigan funcionando un tiempo, para conseguir esto se disponen de sistemas llamados: Sistemas de Alimentación Ininterrumpidas (S.A.I.). Estos equipos suministran energía de red producida por baterías, el tiempo de marcha de un SAI está limitado por la capacidad de las baterías, por lo tanto en muchos casos, el SAI solo servirá para apagar la máquina de forma correcta. En sistemas críticos, los SAIs pueden ser de gran potencia y trabajar durante horas con baterías externas. La capacidad de un SAI se mide en VA (voltio-amperios), parecido a watios, pero teniendo en cuenta las componentes reactivas (coseno de fi).

18 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Problemas en la red eléctrica Existen varios problemas en la red eléctrica que pueden dejarnos sin alimentación e incluso a perder datos o llegar a averiarnos seriamente el ordenador o el servidor. 220 V. RED RUIDOS DE LINEA PICOS DE RED MICROCORTES BAJAS TENSIONES ALTAS TENSIONES CORTES DE RED RED V. 1 CICLO (50 Hz)

19 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Problemas en la red eléctrica Para solucionar todos los problemas aparecidos en la red eléctrica es necesario instalar un SAI, que no solo evita los cortes de luz sino que nos estabiliza la tensión y elimina todos los problemas de la red permitiéndonos seguir trabajando sin perder datos. 220 V. RED RUIDOS DE LINEA PICOS DE RED MICROCORTES BAJAS TENSIONES ALTAS TENSIONES CORTES DE RED RED V. 1 CICLO (50 Hz)

20 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Topologías de los SAI s - SAI Off-Line - Se pone en marcha en ausencia de tensión (cuando falla la red), tiene un tempo de conmutación que no es problemático. No actua sobre la tensión de red cuando está presente. Por todo esto se denomina fuera de linea. Sin Red(AC) Con Red(AC) Salida Es un equipo que por su precio es el que más extendido está, sobre todo para la protección de pequeñas cargas (PC s, cajas registradoras, TPV etc.), este tipo de SAI alimenta a las cargas críticas, que tiene que proteger, con una seguridad y protección relativa dependiendo del tipo de OFF-LINE (Estabilizados y con o sin filtros ) dentro de una escala de uno a cien los OFF-LINE estarían entre 40 y 60 puntos en relación a la protección que deberían de tener los equipos informáticos, por supuesto siempre en consonancia con el tipo de equipos a proteger y la zona (industrial, oficinas, muy conflictiva en tormentas ó en cortes de suministro etc.). Básicamente los equipos OFF-LINE actúan en el momento en que la Red desaparece ó baja por debajo de la nominal 230 Voltios, produciéndose en el cambio de Red a Baterías un pequeño micro-corte el cual para una mayoría de equipos eléctricos e informáticos es inapreciable, no así para equipos muy sofisticados.

21 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Topologías de los SAI s - SAI On-Line / Line Interactive - Está produciendo la tensión de salida permanentemente, de tal forma que en ausencia de red CASI no hay retardo de marcha ya que el sistema está siempre activado, la salida con red está tomada de la entrada principal, es el siguiente en prestaciones al off-line conmutado. Salida Con Red(AC) El SAI ON-LINE cumple verdaderamente para casi todos los problemas ocasionados por fallas en la compañía eléctrica tanto como por otros problemas ocasionados por las líneas eléctricas dentro de polígonos industriales y oficinas como ruido eléctrico etc. Los equipos ON-LINE suelen dar una protección del orden de entre 70 y 90 puntos en una escala de protección de uno a cien, convirtiéndose por tanto en muy fiables, existen diferentes tipos de topología en los equipos ON-LINE pero todas cumplen francamente con su función dejando pocas ventanas abiertas a los posibles problemas, ya que al contrario del OFF-LINE no tienen tiempo de conmutación al estar actuando constantemente, con lo que los equipos no pueden ser afectados en ningún caso por cortes de fluido eléctrico ó perturbaciones.

22 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Topologías de los SAI s - SAI On-Line / Doble conversión - Son los más efectivos, la protección que producen es casi total, incluso para perturbaciones importantes, ya que la salida SIEMPRE está producida por el inversor interno y sus valores son adecuados. También es la más cara. Con Red Sin Red By-Pass La verdadera diferencia entre los SAI se encuentra en los equipos ON-LINE de doble conversión ya que los equipos Off-Line, Línea Interactiva y On-Line de una conversión están siempre dependientes de una manera u otra de que la entrada eléctrica al equipo cumpla unas mínimas condiciones para el correcto funcionamiento de los equipos cosa que en los equipos de Doble Conversión no dependen de la Línea de Entrada para trabajar con una protección de más del 95 % eliminando por completo todos los problemas ocasionados por las líneas eléctricas y las compañías de electricidad además de problemas normalmente metereológicos que son inesperados.

23 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Topologías de los SAI s - SAI Interno ( normalmente Off-Line ) - Para equipos de usuario, se usan básicamente para protección de tareas y datos. Se montan en una bahía 5¼ en el interior del PC. - Potencias entre 300/500 VA. Características de SAI s internas comerciales: El modelo CD-2000X/4000X es un S.A.I. con tecnología OFF-LINE avanzada (alta frecuencia), es decir, el tiempo de conmutación a baterías es menor de 4 msg., además elimina los ruidos de línea gracias a un pequeño filtro que incorpora en su entrada y recorta los picos de tensión aparecidos en la red eléctrica. La tensión de salida está estabilizada y como novedad importante, incorpora un Software inteligente de gestión y cierre de ficheros. Potencias : 300 VA, 500 VA, 550 VA y 600 VA. Tensión de entrada : 100/110/115/120/220/230/240 V +/-15%. Frecuencia de entrada : 50Hz/60 Hz autoseleccionable. Tensión de salida : 100/110/115/120/220/230/240 V +/-5%. Tiempo de transferencia : menor de 4 msg. Tipo de batería : Hermética sin mantenimiento. Tiempo de recarga : 8 h. al 90% de su capacidad total. Autonomía estándar para un PC con monitor 17" : 8 min. Led's de alarmas : rojo (en baterías) y verde (Normal). Dimensiones y peso : Bahía de 5.25" con 3 Kg.

24 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Cálculo potencia SAI s Si la información de los VA ó W no está disponible en los equipos a proteger, como se puede determinar el equipo necesario? Normalmente detrás de los equipos que queremos conectar existe una etiqueta con las características de los mismos, indicando: A, VA, ó W. Fórmulas: W = V * A VA = W / 0,75 ( cos fi ) VAi = VA * 1,6 ( 1,6 es el margen de seguridad ). Sumar todas las cargas en VA ó en Watios, para ello pasar de VA a Watios ó viceversa según las formulas descritas si tenemos Watios y queremos pasarlos a VA tendremos que dividir por 0.75, con ello obtendremos los VA aproximados que consume nuestro equipo. Ejemplo: disponemos de un equipo que nos marca 1 Amp. en la placa, esto nos diría que tendríamos que multiplicar la tensión de alimentación por la corriente = V x A = 220 x 1 = 220 W. si esto lo convertimos en VA nos dará 293 VA, con lo que nos aproximaremos al consumo real que necesita este equipo para protegerse y con ello al SAI que necesitaríamos. A continuación multiplicaríamos por 1,6 para darle un margen de seguridad y tendríamos: Wi=W *1,6 = 293 * 1,6 = 470 VAi.

25 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida Autonomía Cual es la autonomía de un sistema SAI? El fabricante la indicará de la siguiente forma: SAI 1000 VA 10 minutos de autonomía. Esto nos indica que será capaz de suministrar 1000 VA durante 10 minutos, en caso de conectar una potencia menor, por ejemplo 750 VA, la duración de la batería será inversamente proporcional a la potencia conectada, en este caso (1000/750) * 10 = 13,3 minutos aproximadamente. Si se sobrepasa la potencia nominal del SAI, podemos tener problemas de funcionamiento. Para que sirve el software de la SAI? El software del SAI cubre diferentes funciones, actua conectando un ordenador a un puerto de la SAI, del tipo RS-232, USB o Ethernet. Las funciones fundamentales son las siguientes: En caso de problemas, comunicarlo al ordenador, enviar mensajes de fallo a administradores y/o mantenimiento, ejecutar una aplicación, cerrar aplicaciones, ficheros, realizar un apagado seguro, etc. Monitorizar de forma periodica el estado de la SAI, programando chequeos automáticos, mediciones de condiciones de red, baterías, etc. y en caso de problemas, se comunica a administradores y/o mantenimiento. En algunos casos, la SAI puede ser muy sofisticada y no precisar de un ordenador para realizar tareas, incluyendo un sistema propio capaz de realizar tareas de gestión, comunicación, etc.