Fonte de Alimentação

Introdução

Fonte de alimentação ATX

A fonte de alimentação (do inglês Power Supplies ou PSU) trata-se de um dispositivo responsável por fornecer/gerenciar energia elétrica para os componentes de um computador. Ela converte a tensão da rede elétrica em tensões ideais para o funcionamento do computador (TORRES, 2015). Ou seja, converte a corrente alternada (AC) 110 ou 220 V (Volts) em corrente contínua (DC) de +3,3V, +5V, +12V e -12V apropriada para o uso em aparelhos eletrônicos. A fonte, muitas vezes, é um componente que muitos usuários não dão a devida importância, pois preferem escolher outros componentes de melhor qualidade e esquecem daquela que interfere diretamente no funcionamento de um computador. O resultado do uso de fontes de má qualidade é travamento e erros como a tela azul e reinícios inesperados, além de baixo desempenho no caso das placas de vídeos e até mesmo danificar componentes internos. Os computadores utilizam fontes de alimentação do tipo chaveada. Esse tipo de fonte usa capacitores e indutores na conversão de energia e possui um tipo de chaveamento que liga e desliga a passagem da energia, para que seja gerado uma tensão fixa de saída. Também existem os tipos de fontes lineares, porém estes não são recomendados para ser utilizados em computadores por alguns motivos como, o tamanho e peso elevados, baixa eficiência (usam uma grande quantidade de energia para manter a tensão de saída, o que também gera muito calor) e terem um gasto excessivo de energia, já que esta acaba sendo desperdiçada. Marcas de fontes baratas devem ser evitadas, pois muitos fabricantes, para reduzir custos, não respeitam integralmente as normas sobre interferências eletromagnéticas e não possuem nenhuma proteção em caso de sobrecarga. Essas fontes são conhecidas como “Fontes Bombas”. Infelizmente não existem fiscalizações e homologações de fontes por parte do INMETRO. O único componente que é homologado pelo órgão é o cabo de energia utilizado pela fonte. Alguns problemas causados pela utilização desse tipo de fonte são ventoinhas barulhentas de mais, drives de DVD não gravam corretamente, reinicializações frequentes, calor dentro do computador.

Características técnicas

Potência

Segundo Torres (2015), as fontes de alimentação são classificadas de acordo com a sua potência máxima, medidas em Watts. Os dispositivos que são instalados em um computador requerem níveis de tensão diferentes para o seu funcionamento, por isso as fontes oferecem as saídas de +3,3V, +5V, +12V, -12V e +5Vsb. As saídas de +3,3V e +5V são direcionadas para dispositivos menores como memórias e USBs. A tensão de +12V é utilizada para os dispositivos que consomem mais energia, como processadores e aqueles que possuem “motores” como o HDs e drivers de CD e DVD. Já a tensão de +5Vsb (sb = Stand-by) alimenta o sistema quando a máquina estiver desligada, mantém a BIOS e o arranque da placa-mãe energizada. É um circuito que é responsável, por exemplo, ligar a fonte quanto o botão de liga/desliga for acionado ou desligá-la via software, como ocorre na opção de desligamento do Windows e Linux. O primeiro passo para definir uma fonte ideal para o computador que está sendo montado é descobrir qual a potência máxima necessária para alimentar todos os componentes. Uma forma facilitada é utilizar a calculadora existente no site https://outervision.com/power-supply-calculator. Neste site é possível, ao informar todos os componentes do computador (processador, memórias, placas de vídeos, etc.), obter a potência recomendada para a fonte. Vale destacar que esta calculadora já dá uma margem de segurança de 20%. Para Torres (2015), o ideal é ter uma fonte com o dobro da potência exigida pelos componentes instalados no computador. frame|caption

Tensão

“Antes de ligar seu computador na rede elétrica, é de extrema importância verificar se o seletor de voltagem da fonte de alimentação corresponde à tensão da tomada”(ALECRIM, 2010). A fonte e outros componentes do computador podem ser danificados caso o seletor da voltagem da fonte estiver de modo errado. Há alguns modelos de fontes que são capazes de fazer a seleção automaticamente, porém estas são menos comuns. Pelo fato de existirem diversos componentes com tensões variadas no computador, a fonte deve fornecer as seguintes tensões: +3,3 V, +5 V, +12 V, -5V e -12 V (fontes AT não fornecem a tensão +3,3 V). As tensões de +5 V e +3,3 V são conduzidas para os dispositivos menores, como por exemplo, os chips de memória. Já a saída de +12 V é voltada a dispositivos que contam com “motores”, como drives de DVD e HDs, já que consomem mais energia. AS menos utilizadas são as de -12 V e -5 V, que eram usadas para o antigo barramento ISA. Alguns dispositivos podem exigir uma voltagem menor, como as memórias RAM tipo DDR3 que trabalham com +1,5 V. Para essa condição, a placa-mãe converte a tensão da fonte para a tensão necessária ao componente, através de reguladores.

Eficiência

Uma fonte é eficiente quanto consegue entregar sua máxima potência rotulada, desperdiçando a menor quantidade de energia possível. Qualquer fonte, por melhor que ela seja, desperdiçará energia durante o processo de conversão e retificação. A energia que é desperdiçada é convertida na forma de calor. Uma fonte bomba, por exemplo, possui uma eficiência de 70%, se os componentes do computador necessitarem de um total de 200W, a fonte está requisitando da rede elétrica um total de 285W (200W / 0,7 = 285W). Já uma fonte com eficiência de 80% necessitará de 250W (200W / 0,8 = 250) o que dá uma economia de 35W. Por conta da péssima qualidade das fontes existentes no mercado, foi criado pelos fabricantes o sistema (selo) de certificação chamado de 80 Plus. Esta certificação tem como propósito certificar fontes que provem a sua eficiência de, pelo menos, 80% quando submetidos a testes de 20, 50 e 100% de uso. Quanto maior a eficiência, maior é o selo a ela atribuída. Para garantir o selo, as fontes passam pelo programa de testes da Energy Star, empresa independente que realiza este tipo de análises. Vale destacar que o selo 80 Plus não é uma unanimidade entre os usuários. Após o fabricante adquirir o selo não ocorre fiscalização no processo de produção (se os componentes utilizados são de boa qualidade), mas atualmente é a única forma de verificar minimante a qualidade das fontes.

Existem 6 tipos de selos: White, Bronze, Silver, Gold, Platinum e Titanium. A diferença de cada um dos selos está diretamente ligada com a eficiência. A 80 Plus Bronze é a comumente encontrada no mercado e também são as mais baratas. Já a Titanium, geralmente possuem potência acima dos 1000W e tem custo elevado, sendo usadas geralmente para supercomputadores.

Vale destacar que a maior eficiência das fontes com este selo está na carga de 50% de uso. Para ter um melhor aproveitamento da energia consumida com o máximo de eficiência, é importante dimensionar a fonte para que ela possa suprir com folga os componentes instalados no computador e ainda sobrar 50% de potência. A fonte aquecerá menos, haverá menos calor no interior do computador, aumentará a vida útil dos componentes (o calor é prejudicial para os componentes do computador) e consumirá menos energia ao longo do tempo. Desta forma uma fonte bem dimensionada terá um ótimo custo-benefício e de quebra a redução da conta de energia no final do mês. Com o auxílio de um Wattimetro é possível verificar quanto a fonte consumindo de energia e assim calcular a sua eficiência, mas também pode-se realizar esse calculo de forma aproximada. Por exemplo: se a fonte possui o selo 80 Plus Platinum e está sendo exigida em 50%, assim a eficiência de 92% (segundo a tabela anterior) e 8% será desperdício de energia na forma de calor. Neste caso a fonte consumirá 8% a mais da rede elétrica para produzir a potência necessária. Caso a fonte seja utilizada a 100% da capacidade, sua eficiência cairia para 89% tendo um consumo de 11% a mais da energia. Portanto, pode-se concluir que não se deve utilizar fontes muito potentes para computadores modestos, pois o consumo ficará abaixo dos 20% e assim poderá ter menos eficiência do que se estivesse a 50% da carga. Além disso, vale destacar que eficiência real varia de acordo com a temperatura e a tensão de entrada. Redes elétricas de 220V garantem mais eficiência do que as de 110V.

Fator de correção de potência (PFC)

O papel do circuito de correção de potência (PFC - Power Factor Correction) é basicamente um mecanismo que corrige a tensão de entrada, para que a fonte não sofra danos por conta dos picos de energia. Além disso, maximiza a eficiência energética, pois fonte sem o PFC podem desperdiçar de 40% a 50% da energia que recebem sendo transformada em calor. Existem dois tipos de PFC: ativo e o passivo. Fontes com o PFC ativo são aquelas com projetos de circuitos mais modernos, mais eficientes e geram menos calor. Normalmente são do tipo universal (full range), permitindo atuar em qualquer rede elétrica de 100V a 240V. Por medir a tensão da rede e ajustar-se automaticamente de modo rápido e eficiente para que a tensão de saída seja sempre a mesma, não há a necessidade de um estabilizador de tensão. Por outro lado, o PFC passivo é mais simples, composto basicamente por um conjunto adicional de indutores e capacitores. Eles melhoram o fator de potência da fonte, elevando-o para até 70 ou 80% de eficiência. O PFC passivo é muito utilizado em fontes para celular e dispositivos pequenos, mas caíram em desuso nas fontes para computadores. O quadro a seguir resume a diferença entre um fonte sem PFC, com PFC ativo e passivo. Tipo de fonte Eficiência Perda de energia Fonte sem PFC De 50% a 60% De 40% a 50% Fonte com PFC Passivo De 70% a 80% De 20% a 30% Fonte com PFC Ativo De 95% a 99% De 1% a 5% Fonte: Grasel (2017) Sendo assim, de acordo com Grasel (2017) tem-se como resultado:

   a) Uma fonte de 300W com 50% de eficiência no limite da carga vai consumir 450W, 150W serão desperdiçados na forma de calor. 
   b) Uma fonte de 300W com 70% de eficiência no limite da carga vai consumir 390W, 90W serão desperdiçados na forma de calor. 
   c) Uma fonte de 300W com 95% de eficiência no limite da carga vai consumir 315W, 15W serão desperdiçados na forma de calor.

Para descobrir se a fonte tem PFC ativo ou não, basta procurar essa informação no site do fabricante ou no adesivo de especificações. Fontes que possuem chave para a troca entre 115V e 230V não possuem PFC ou possui PFC passivo, por este motivo não são recomendadas. Vale destacar que fontes com selo 80 Plus obrigatoriamente possuem PFC ativo.

Configuração de cabos e conectores

Adquirir fontes que tenham conectores suficientes para que seja possível ligar todos os componentes que serão instalados no computador. Importante observar a questão do comprimento dos cabos, pois as fontes genéricas possuem cabos de 30 a 35 cm o que pode não ser suficiente para interligar todos os componentes instalados em gabinetes muito grandes. Para esses casos o ideal são cabos de 45 cm de comprimento entre a fonte e o conector. Algumas fontes têm um sistema de cabeamento modular o que permite a remoção dos cabos que não serão utilizados. Este tipo de sistema pode encarecer o preço da fonte, mas diminui a quantidade de cabos dentro do computador, melhorando assim a ventilação interna e deixando o interior mais organizado.

As fontes possuem diversos conectores que são ligados a placa-mãe, aos dispositivos de armazenamentos e placas de vídeos. Por isso, as fontes possuem conectores de alimentação para:

   a) O processador que pode ser de dois formatos: ATX12V com quatro pinos ou EPS12V com oito pinos. Fontes de menor potência não possuem conectores EPS12V, já outras vêm somente com conectores de EPS12V que quanto partido ao meio se transforma em conector ATX12V.
      
   b) As placas de vídeos que necessitam de conectores de energia conhecidos como PEG (PCI Express Graphics). Dependendo da placa, os conectores podem ser de seis pinos ou 8 pinos. 

   c) As unidades de armazenamento tais como HDs, SSDs e unidades ópticas utilizam conectores do tipo SATA. Importante observar a quantidade de conectores SATA existentes na fonte para ligar todos os dispositivos de armazenamento que serão instalados no computador. Fontes de baixa qualidade possuem apenas dois conectores deste tipo. 

   d) Os conectores para periféricos são equivocadamente conhecidos como Molex (Molex é a empresa que fábrica conectores e este conector não é único produzido por esta empresa). São usados por algumas ventoinhas, lâmpadas e unidades de armazenamento antigos. 
      
   e) A placa-mãe que utiliza um conector de 24 pinos conhecido como ATX24 ou ATX20+4, caso seja dividido em duas partes.

Tipos de fontes

As fontes de alimentação, assim como demais produtos, devem ser comercializados dentro de um padrão. O mais utilizado nos dias de hoje é o ATX (Advanced Tecnology Extendend), que também especifica o formato dos gabinetes e de placas-mãe.

AT

A principal diferença entre da fonte AT é o conector de alimentação da placa-mãe, que era dividido em dois, o que pode fazer com que facilmente o usuário trocasse os pinos, de modo invertido, causando danos. Outra desvantagem é o fato da fonte não desligar sozinha(através do software), o usuário necessitava segurar o botão on/off.

ATX

É uma evolução do padrão AT, ão capazes de fornecer tensão de 3,3 V, o contector de energia é uma peça única que só pode ser encaixada de uma forma, evitando uma conexão incorreta, coisa que acontecia no padrão anterior. Essas fontes também contém um recurso que permite que o computador seja desligado por software. Para que isso seja possível, esse tipo de fonte conta com um sinal TTL (Transistor-Transistor Logic) chamado PS_ON (Power Supply On). O PS_ON depende da presença do sinal +5 VSB ou Standby, que permite que alguns circuitos dejam alimentados enquanto as tensões em corrente contínua encontram-se suspensas, deixando ativa somente a tensão de 5 V. Isso que faz com que o computador possa entrar em modo de descanso. Com o tempo, surgiram algumas versões da fonte ATX para que esta pudesse estar se adequando a evolução tecnológica, algumas delas são:

   • ATX12V 1.x: surgiu em 2000. Possui um conector adicional de 12 V contendo 4 pinos e outro opcional, com a tensão de 3,3 V e formado por 6 pinos. Foi tendo algumas revisões ao longo do tempo, na última, teve a implementação de um conector para dispositivos SATA
   • ATX12V 2.x: lançou para a placa-mãe um conector de 24 pinos. Na versão 2.2, começou a possuir um plugue que usa o slot PCI Express para as placas de vídeo. O conector de 6 pinos que antes era opcional, agora foi removido
   • EPS12V: Parecido com a versão ATX 2.x. Inicialmente a sua aplicação era para servidores. O diferencial é o conector de 8 pinos, que pode ser usado como dois conectores de 4 pinos, além de mais um conector de 4 pinos opcional

Ainda existem outros formatos mais incomuns, como algumas variações do ATX, (tais como o microATX, EATX), o EBX e o ITX, criados para atender algumas necessidades específicas.

Fontes modulares e não modulares

• 

  Fonte Modular

• 

  Fonte Não Modular

As fontes modulares têm slots para conectar os cabos conforme a necessidade encontrada, sendo assim, evita a possibilidade da formação de um aglomerado de fios dentro do PC. Algumas ainda oferecem a possibilidade de desconectar o cabo principal de alimentação da placa-mãe, entretanto, outras tem este cabo fixo, deixando opcionais somente as conexões de outros itens. As duas principais vantagens das fontes modulares são a organização e a melhora da ventilação interna, auxiliando na redução da temperatura de operação dos componentes. Já a desvantagem, é que elas são mais caras que as fontes normais.

As fontes não modulares possuem os cabos soldados à fonte, sendo assim, quando não ligados, aqueles itens desnecessários acabam gerando calor e também ocupando muito espaço.

Entendendo as especificações e etiqueta de um fonte de alimentação

A especificação mais importante da fonte de alimentação de um computador é sem dúvidas a potência, que pode ser definida como a quantidade de “poder” que é fornecido, essa informação geralmente se encontra no nome do produto e é medida em Watts (W). Todos os componentes que fazem parte do Hardware de um computador são fabricados a partir de um padrão de acordo com a instrução internacional, onde as placas devem trabalhar com tensões de: 12 V, 5 V ou 3,3 V. Como a fonte de alimentação possui a funcionalidade de interagir com os outros componentes, ela também deve seguir as voltagens citadas acima. As fontes atuais já são adaptadas para que quase toda a potência da mesma seja voltada para as linhas de 12V, nos computadores mais recentes é recomendado buscar por fontes com duas linhas de 12V, o que garante que não irá ocorrer superaquecimento e que haverá energia de sobra. A tarefa da fonte de alimentação é transformar a corrente alternada em corrente contínua, porém, toda vez que um novo ciclo de corrente alternada chega até a fonte origina-se a potência reativa, onde a fonte acaba gastando mais energia e reduzindo sua eficiência, assim o PFC serve para contornar este problema. A eficiência é obtida ao relacionar a quantidade de energia que a fonte consome com a que ela entrega. O valor rotulado indica o que ela entrega aos componentes do computador, entretanto, a energia necessária para produzir tal potência é sempre superior. Desse modo, se quisermos saber o quão eficiente uma fonte é, precisamos dividir o maior valor pelo menor:

Potência / Eficiência = Energia total consumida pela fonte

Quanto mais eficiente é a fonte, menos energia ela consome para entregar determinada potência.

Como testar uma fonte de alimentação

Existem algumas formas possíveis para testar uma fonte de alimentação, são elas:

Multímetro: o multímetro é um aparelho utilizado para medir correntes elétricas. Há dois tipos de multímetro, o analógico e o digital. Para testar uma fonte a melhor opção é a digital. O processo de teste acontece dessa forma: ○ Conecta-se haste preta em “COM” e a haste vermelha em “volts”. ○ Posiciona-se o seletor em DCV 20V.

A seguir tabela de voltagens do conector da placa-mãe para testes com o multímetro:

Clipe de papel: Com a fonte desconectada da energia, pegue um clipe de papel, dobre-o ao meio, localize o cabo da fonte que se conecta com a placa-mãe (este é o cabo com a maior quantidade de pinos), então insira uma das pontas do clipe no fio verde e a outra ponta em um fio preto que se encontrará ao lado. Após feito isso, poderá testar a fonte, conecte-a na energia, se a ventoinha girar então está tudo certo, no entanto, se o computador não estiver ligando da mesma forma, o problema é outro.

Como escolher uma fonte de alimentação de boa qualidade e adequada para o seu PC

O primeiro passo é ficar atento a quantidade de Watts que a placa de vídeo que você comprou, ou pretende comprar, exige. Em alguns casos, os vendedores chegam a recomendar fontes de alimentação dizendo que a fonte mínima deve ser de “400W reais”.

Contudo, confie sempre na informação do fabricante da placa. Una essa informação a uma conta simples: um PC com placa integrada de vídeo chega a consumir no máximo 200W, então, você precisará somar essa quantidade ao consumo máximo da placa de vídeo, informado pelo fabricante. Exemplo, uma placa de vídeo bastante popular como a AMD Radeon R7 240 consumirá quase 40 Watts, resultando em 240W, chegando perto do limite de uma fonte genérica. Uma GTX Titan X, por exemplo, chega a consumir sozinho 250W, muito além de uma fonte de alimentação genérica. Nesse caso, você deve optar por uma fonte de no mínimo 600W. Assim, uma dica importante, é nunca montar um conjunto para funcionar “no limite” da fonte de alimentação. É preciso uma folga para picos de processamento, como ao executar jogos mais pesados. Se pelos cálculos, o conjunto for consumir em torno de 359W, não compre uma fonte de 400W reais, parta logo para uma de 450W ou até 500W. Procure fontes de alimentação que informem os valores em Watts como “reais”. Além disso, você pode preferir as marcas mais conhecidas no mercado como Corsair, Seasonic, Thermaltake, dentre outras. Quanto mais desconhecida for a marca, mas “folga” em Watts o seu PC vai precisar. Existem sites que ajudam você a calcular a quantidade de Watts que o seu PC gamer vai precisar, antes mesmo de você montá-lo. Com isso, é possível ter uma boa ideia do consumo de energia da sua máquina para jogos. Essas são ferramentas bastante úteis, principalmente para quem vai montar computadores parrudos com duas ou mais placas de vídeo aninhadas em SLI ou CrossFire.

Tabela de voltagem de uma fonte:

Considerações finais

Dicas:

   * Nunca deixar a fonte funcionar em potência máxima, isso aumenta o calor interno e a vibração elétrica reduzindo drasticamente a vida útil do produto.
   * Para saber o consumo máximo (também conhecido como TDP) de cada componente (processador, placa de vídeo, memória RAM, etc.), basta visitar o site do fabricante.
   * Após fazer o calculo da potência da fonte necessária para os hardware instalados, acrescentar o dobro.
   * Fontes que possuem seletor de voltagem devem ser ignoradas.
   * Adquirir fonte de marcas conceituadas no mercado e com selo 80 Plus.
   * Pesquisar a qualidade da fonte antes da compra. Existem sites especializados em avaliar as fontes.
   * Fontes de baixa qualidade não possuem filtro de linha integrado, isso significa que ao ligar o computador ocorre interferências em outros aparelhos da rede elétrica, como TVs e aparelho de som. Caso isso ocorra no ambiente em que o computador está instalado a fonte deve ser trocada imediatamente.

Referências

ALECRIM, Emerson. Fontes de alimentação ATX: principais características. 2010. Disponível em: <https://www.infowester.com/fontesatx.php>. Acesso em: 24 abr. 2019.

ATS, Gustavo. Fonte de alimentação: Para que serve e como escolher. 2012. Disponível em: <https://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2012/01/fonte-de-alimentacao-para-que-serve-e-como-escolher.html>. Acesso em: 24 abr. 2019.

BERNARDI, Ricardo. Fonte modular - O que é e quais as vantagens. 2013. Disponível em: <http://hardware.rbtech.info/fonte-modular-o-que-e-e-quais-as-vantagens/>. Acesso em: 05 jul. 2019.

GRASEL, Grasiel Felipe. O que é PFC Ativo? 2017. Disponível em: <https://www.oficinadanet.com.br/post/18367-o-que-e-pfc-ativo>. Acesso em: 03 maio 2018.