Fonte de Alimentação ATX - Uma Visão Geral

Se há um componente que é absolutamente vital para a operação de um computador, este componente é a fonte de alimentação. Sem ela, o computador é apenas uma caixa inerte. Ela converte corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC) necessária para o funcionamento do microcomputador. Neste artigo, iremos discutir como fontes de alimentação de PCs funcionam, seus principais conectores e o que a classificação de potência em watts significa.

A Fonte de Alimentação

Em um PC, a fonte de alimentação é uma caixa metálica normalmente encontrada em um canto do gabinete. A fonte de alimentação é visível na parte de trás de muitos microcomputadores porque ela contém os encaiches para os cabos de alimentação e um ventiladorzinho de refrigeração conhecido por fan.

Esta é uma fonte de alimentação removida do gabinete. A chave pequena vermelha serve para selecionar a tensão 110/220V, o plug de 3 pinos serve para ligar o cabo que vai na tomada e o orifício maior é ocupado pelo fan.

O interior de uma fonte de alimentação.

Fontes de alimentação, também conhecidas como "fontes de alimentação chaveadas", usam uma tecnologia de chaveamento para converter tensão alternada em tensão contínua. As tensões de saída típicas fornecidas são:

Tensões de 3,3 e 5 volts são tipicamente usadas pelos circuitos digitais, enquanto 12 volts é usado para funcionar motores de drives de disco e ventiladores. A principal especificação de uma fonte de alimentação é sua potência em watts. Um watt é o produto da tensão em volts pela corrente em amperes.

Atualmente você liga o PC por meio de um pequeno botão, e você desliga a máquina pelo menu de opção do sistema operacional. Estas características foram adicionadas ao padrão das fontes de alimentação já faz alguns anos. O sistema operacional envia um sinal para a fonte de alimentação que diz para ela desligar. A fonte de alimentação também tem um circuito que fornece 5 volts, chamado VSB para "tensão de espera" inclusive enquanto ela está "desligada", de forma que o botão a ligará ao ser pressionado e enviar o sinal.

Tecnologia de Chaveamento

Antes de 1980 as fontes de alimentação tendiam a ser pesadas e volumosas. Elas usavam transformadores grandes e pesados e capacitores enormes (alguns tão grandes quanto latas de refrigerante) para converter tensão da rede a 120 volts e 60 hertz em tensão contínua de 5 volts e 12 volts.

As fontes de alimentação chaveadas usadas atualmente são muito menores e mais leves. Elas convertem a corrente de 60-hertz (Hz, ou ciclos por segundo) para uma freqüência muito mais alta, significando mais ciclos por segundo. Esta conversão permite que um transformador pequeno, de peso leve, seja usado na fonte de alimentação para baixar a tensão de 110 volts (ou 220 em certos locais) para a tensão necessária ao componente de computador particular. A corrente alternada de alta freqüência provida por uma fonte de alimentação chaveada também é mais fácil de ser retificada e filtrada quando comparada à tensão de 60-Hz original, reduzindo as variações na tensão para os componentes eletrônicos sensíveis existentes no computador.

Nesta foto você pode ver três pequenos transformadores (amarelos) no centro. À esquerda há 2 capacitores eletrolíticos. As peças de alumínio largas são dissipadores de calor. O dissipador de calor a esquerda tem transistores presos a ele. São estes transistores que fazem o chaveamento - eles provêm alta freqüência aos transformadores. No dissipador de calor da direita há diodos que retificam o sinal de corrente alternada e os transformam em corrente contínua.

Uma fonte de alimentação chaveada puxa somente a potência de que precisa da rede elétrica. As tensões e correntes típicas providas por uma fonte de alimentação são mostradas no rótulo da mesma

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Rótulo de uma fonte de alimentação de microcomputador.

Padronização das fontes de alimentação

Com o passar do tempo, houve pelomenos seis diferentes padrões de fonte de alimentação para computadores pessoais. Recentemente, a indústria concordou em usar o padrão baseado nas fonte de alimentação ATX. Esta por sua vez é uma especificação de indústria que significa que a fonte de alimentação tem as características físicas para ajustar em um encapsulamento ATX padrão e as características elétricas para trabalhar com uma placa mãe ATX.

Os cabos de fontes de alimentação de PCs usam conectores que tornam difícil a ligação errada da fonte ao componente. Os fabricantes de fan também freqüentemente usam os mesmos conectores que os usados nos cabos de drives de disco, permitindo que um fan obtenha os 12 volts facilmente. Fios de cores codificadas e conectores de padrão industrial tornam possível que o consumidor tenha muitas escolhas para a substituição da fonte de alimentação.

Conector principal de alimentação da placa mãe

O conector principal que liga a placa mãe à fonte ATX é o Molex 39-29-9202 (ou equivalente) de 20 pinos, conector estilo ATX (veja figura abaixo). Primeiramente usado na fonte de alimentação ATX, também é usado na forma SFX ou qualquer outra variação baseada na ATX. As cores para os fios listados na tabela abaixo são as recomendadas pelo padrão ATX; porém, elas não são requeridas para complacência à especificação, assim elas podem variar de fabricante para fabricante.

Padrão de cores dos fios do conector principal de alimentação

Conector de alimentação auxiliar

Com o avanço da tecnologia das placas mães e processadores, a necessidade de potência ficou maior. Em particular, foram projetados chipsets e DIMMs para funcionar em 3.3v, aumentando a demanda de corrente naquela tensão. Além disso, a maioria das placas incluem reguladores de tensão na CPU para converter +5v nos níveis de tensão sem igual requeridos pelos processadores que a placa suporta. Eventualmente, as altas demandas de corrente nas saídas de +3.3v e +5v estavam provando ser muito para o número e medida dos fios usadas. Conectores derretidos estavam se tornando mais e mais comuns com o aquecimento excessivo dos fios.

Finalmente, a Intel modificou a especificação de ATX para somar um segundo conector de alimentação para as placas mães de padrão ATX. O critério era que se a placa mãe precisasse mais que 18A de +3.3v de potência, ou mais que 24A de +5v de potência, um conector auxiliar seria definido para levar a carga adicional. Estes níveis mais altos de potência normalmente são necessários em sistemas que usam de 250 watt a 300 watt ou mais.

Este é um conector de tipo Molex de 6 pinos (veja figura abaixo). É feito para prevenir desencaixe.

Padrão de cores dos fios do conector auxiliar de alimentação

Se sua placa mãe não tem encaixe para um conector auxiliar, é porque ela não foi projetada para consumir uma grande potência, e o conector auxiliar da fonte de alimentação pode ser deixado desconectado. Se sua fonte de alimentação é de 250 watts ou mais, você deveria assegurar que exista este conector e que sua placa mãe seja capaz de aceitá-lo. Pois o conector auxiliar alivia a carga no conector de alimentação principal.

Conector ATX12V

A alimentação do processador vem de um dispositivo chamado módulo regulador de tensão (Voltage Reguler Module - VRM) que é construído na maioria das placas mães modernas. Este dispositivo sente as tensões requeridas pela CPU (normalmente por pinos do processador) e se calibra para prover a tensão para funcionar a CPU. O desenho de um VRM permite que a tensão de entrada seja de 5v ou 12v. A maioria usou 5v durante anos, mas muitos estão convertendo agora para 12v por causa das mais baixas exigências de corrente àquela tensão. Além disso, os 5v já poderiam ser carregados através de outros dispositivos, considerando que, tipicamente, só motores usam os 12v. Se o VRM em sua placa usa 5v ou 12v depende da placa mãe particular ou do desenho do regulador. Muitos reguladores de tensão modernos são circuitos integrados projetados para funcionar com entrada entre 4v e 36v, assim cabe ao desenhista da placa mãe planejar como eles serão configurados.

Embora a maioria dos projetos de VRM de placas mães desde o Pentium III ao Athlon/Duron usem reguladores de 5 volts, há uma transição para usar reguladores de 12v. Isto ocorre porque a tensão mais alta reduzirá a corrente significativamente. Como um exemplo, usando a mesma CPU AMD Athlon 65W 1GHz, você obtém menos corrente com os vários níveis de tensão mostradas na tabela abaixo.

Como você pode ver, usando 12v para alimentar o chip resulta em apenas 5.4A de corrente, ou 7.2A assumindo 75% de eficiência por parte do regulador.

Assim, modificar o circuito VRM da placa mãe para usar os +12v de alimentação parecia simples. Infelizmente, o desenho padrão ATX 2.03 de fonte de alimentação tem apenas uma única saída de +12v no conector de alimentação principal. O conector auxiliar não tem nenhuma saída de +12v, de forma que não há nenhuma ajuda para a modificação. Saindo acima de 8A de um único fio de 18ga. que provê +12v de alimentação à placa mãe é uma receita para um conector derretido.

Para aumentar a alimentação em +12v na placa mãe, a Intel criou uma nova especificação ATX12V. Ela soma um terceiro conector de alimentação, chamado de conector ATX12V, especificamente para prover +12v à placa mãe. Este conector é mostrado na figura abaixo.

Padrão de cores dos fios do ATX12V

Se você está substituindo sua placa mãe por uma nova que requer a conexão ATX12V para o regulador de tensão da CPU, e sua fonte de alimentação não tem aquele conector, uma solução fácil está disponível. Somente converta um dos conectores de alimentação periféricos a um tipo ATX12V. Existe um adaptador que pode transformar qualquer fonte de alimentação ATX padrão em uma com um conector ATX12V. A questão não é se a fonte de alimentaão pode gerar os 12v necessários — que sempre estiveram disponíveis pelos conectores periféricos. O adaptador ATX12V mostrado na figura abaixo resolve o problema de conector muito bem.

Conector Opcional ATX

A especificação ATX também define um conector de seis pinos opcional. Este conector tem duas filas de três pínos cada para prover os sinais e tensões. O computador pode usar estes sinais para monitorar e controlar o cooling fan, pode monitorar os +3.3v fornecidos à placa mãe, e pode prover alimentação e terra a dispositivos IEEE 1394 (FireWire).

Este conector passou por várias revisões em sua pinagem desde sua primeira publicação, e ainda não existem muitas placas mães ou fontes de alimentação que realmente possuam este conector. Na realidade, o guia de desenho mais recente ATX/ATX12V de fonte de alimentação publicado pela Intel, "Detalhes do 2x3 'Conector de Alimentação Opcional' mencionado na Especificação ATX 2.03 é omitido deste guia de desenho até que o conector esteja melhor definido."

Interruptor

Três tipos principais de interruptores são usados em PCs. Eles podem ser descritos como segue:

Os primeiros sistemas tiveram interruptores integrados ou construídos diretamente na fonte de alimentação, que se tornou o principal interruptor CA de ligar e desligar o sistema. Este era um desenho simples, mas porque a fonte de alimentação era montada na parte traseira ou ao lado do sistema, requeria que se estendesse a mão ao redor até a parte de trás para chavear o interruptor. Também, chaveando a alimentação CA diretamente significava que o sistema não podia ser iniciado remotamente sem hardware especial.

Nos finais dos anos 80 os sistemas começaram a usar interruptores localizados no painel frontal do gabinete. Estes eram essencialmente o mesmo desenho de fonte de alimentação que o primeiro tipo. A única diferença é que o interruptor de CA estava agora remotamente montado (normalmente no painel dianteiro do chassi), em lugar de integrado na unidade de fonte de alimentação, e conectado à fonte de alimentação por um cabo de quatro fios. O cabo da fonte de alimentação para o interruptor contém quatro fios de cores codificadas. Além disso, um quinto fio para suprir gnd pode ser incluído.

Isto resolveu o problema ergonômico de alcançar o interruptor, mas ainda não habilitou sistema remoto ou automatizado de ligar e desligar o equipamento sem hardware especial. Mais, você agora tem um interruptor de 120v CA montado no chassi, com fios que levam tensão perigosa pelo sistema. Alguns destes fios estão quentes a qualquer momento em que o sistema é plugado (tudo estará quente com o sistema ligado), criando um ambiente perigoso para a pessoa comum ao mecher no hardware.

CUIDADO

Pelo menos duas saídas do interruptor frontal que conduz a um interruptor de CA montado em fontes AT/LPX é energizado a toda hora com 115v CA. Você poderia ser eletrocutado se tocar os fins destes fios com a fonte de alimentação plugada, até mesmo se a unidade estiver desligada! Por isto, sempre tenha certeza que a fonte de alimentação esteja desconectada da tomada antes de conectar ou desconectando o interruptor ou antes de tocar em quaisquer dos fios ligados a fonte.

Os quatro ou cinco fios são de cores codificadas como segue:

No interruptor, as abas para os fios são normalmente de cores codificadas; se não, você achará que a maioria dos interruptores tem duas abas paralelas e duas abas angulares. Se o interruptor não tiver nenhuma codificação de cor, plugue os fios azul e marrom nas abas que estão paralelas e os fios preto e branco nas abas que são angulares. Se nenhuma das abas é angular, simplesmente tenha certeza que os fios azul e marron são plugados nas abas que estão mais próximas uma da outra em um lado do interruptor e os fios preto e branco nas abas que estão mais próximas do outro lado.

Veja a figura abaixo como um guia:

Contanto que os fios azul e marrom estejam fixados em um conjunto de abas e os fios preto e branco no outro conjunto, o interruptor e a fonte funcionarão corretamente. Se você misturar os fios incorretamente, você terá um curtocircuito.

Todas as fontes ATX e subseqüentes que empregam o conector de 20 pinos para a placa mãe usam o sinal PS_ON para ligar o sistema. Como resultado, o interruptor remoto não controla fisicamente o acesso da fonte de alimentação aos 110v da rede, como nas fontes de alimentação antigas. Ao invés, o estado ligado ou desligado da fonte de alimentação é chaveado por um sinal PS_ON recebido no pino 14 do conector principal ATX.

O sinal PS_ON pode ser gerado fisicamente pelo interruptor do computador ou eletronicamente pelo sistema operacional. PS_ON é um sinal ativo baixo, significando que a saída da fonte de alimentação não está fornecendo tensão (o sistema está desligado) quando o sinal PS_ON está alto (maior que ou igual a 2.0v). Isto exclui os +5VSB (espera) no pino 9 que é ativo sempre que a fonte de alimentação é conectada a uma alimentação de CA. O sinal de PS_ON é mantido pela fonte de alimentação a 3.3v ou 5v. Este sinal é dirigido então pela placa mãe ao interruptor remoto na frente do gabinete. Quando o interruptor é apertado, o sinal de PS_ON é aterrado. Quando a fonte de alimentação percebe o sinal PS_ON (0.8v ou menos), a fonte de alimentação (e sistema) é ligado. Assim, o interruptor em um sistema estilo ATX (que inclui os sistemas NLX e SFX também) conduz até o limite de +5v CC, no lugar de 115v-230v CA dos padrões AT/LPX.

CUIDADO

A presença contínua do +5VSB no pino 9 do conector ATX significa que a placa mãe está sempre recebendo alimentação auxiliador da fonte de alimentação enquanto conectada a tomada, até mesmo quando o computador está desligado. Como resultado, é até mesmo mais crucial desilagar da tomada um sistema ATX de fonte de alimentação antes de trabalhar no hardware.

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