Um passeio pelas características das fontes de alimentação

Você pode imaginar a corrente alternada da tomada como uma onda, que oscila 60 vezes por segundo, em oposição à corrente contínua, que é um fluxo contínuo. O uso de corrente alternada reduz brutalmente a perda durante a transmissão, o que a torna ideal para uso na rede pública, mas. Aparelhos domésticos como ventiladores, geladeiras e aquecedores trabalham muito bem com corrente alternada, mas aparelhos eletrônicos em geral precisam que ela seja transformada em corrente contínua, o que nos leva à fonte de alimentação.

A função básica da fonte de alimentação é transformar a corrente alternada da rede elétrica em corrente contínua, filtrar e estabilizar a corrente e gerar as tensões de 3.3V, 5V e 12V fornecidas aos demais componentes. Nas fontes chaveadas usadas atualmente, o é feito basicamente 4 etapas.

Na foto a seguir, você notar a presença de dois dissipadores de alumínio, três pequenos transformadores e dois grandes capacitores, posicionados no canto superior direito da fonte:

O dissipador da direita está ligado a um grupo de transístores que tem como função aumentar a freqüência da corrente, gerando corrente de alta freqüência que é passada aos componentes seguintes. A idéia é reduzir o intervalo entre os ciclos, o que reduz o trabalha necessário para transformá-la em corrente contínua mais adiante. Estes transístores inevitavelmente transformam uma boa parte da energia em calor, justamente por isso são presos ao dissipador metálico.

A corrente de alta freqüência passa então pelos transformadores, que reduzem a tensão e em seguida por um grupo de diodos (presos ao dissipador da esquerda) e um grupo de capacitores, que têm a função de transformar a corrente em corrente contínua e estabilizá-la, protegendo, em certo grau, os componentes do micro de variações de tensão, surtos e outras anomalias na rede elétrica.

Muitas das etapas de produção da fonte são feitas manualmente, por isso é muito comum encontrar braçadeiras, soldas manuais e até mesmo componentes presos com cola quente, mesmo nas fontes de boa qualidade. É justamente por isso que a grande maioria das fontes são produzidas em países da ásia, onde a mão de obra é mais barata.

Temos aqui uma foto dos componentes internos de uma Corsair VX450W. O enorme capacitor azul do lado esquerdo é o capacitor primário da fonte, um Hitachi de 330uF e 400V, certificado para trabalhar a até 105C, o que o coloca dentro da categoria de capacitores para uso industrial (os capacitores destinados a uso doméstico são certificados para trabalhar a até 85C).

Assim como em outras fontes atuais, a VX450W utiliza um exaustor de 120 mm. Ele é surpreendentemente silencioso; emite um ruído de apenas 21 dBA enquanto a fonte está trabalhando com até 400 watts de carga e 30 dBA quando a fonte é obrigada a trabalhar com carga máxima. O ruído é o que é praticamente inaudível, inferior ao ruído emitido pelos HDs e bem inferior ao emitido pelo cooler do processador.

Um dos fatores que possibilita um nível de ruído tão baixo é o bom nível de eficiência da fonte. Quase toda a energia desperdiçada pela fonte é transformada em calor, de forma que uma fonte que desperdiça menos energia também aquece menos.

As especificações prometem um mínimo de 80% de eficiência, com qualquer carga a partir de 20% da capacidade da fonte e um máximo de 85% em situações ideais, valores muito acima dos das fontes baratas, que na maioria dos casos trabalham com 65% de eficiência:

Como você pode ver nesse gráfico da Corsair, a fonte atinge o nível máximo de eficiência (os 85%) trabalhando com metade da capacidade e em rede elétrica de 220V. Usando tensão de 110V, o máximo atingido pela fonte são 83%, o que de qualquer forma é uma boa marca. Usando cargas mais baixas, ou próximas dos 450 watts, a eficiência cai para a faixa de 81%. E normal que fontes bivolt apresentem uma eficiência um pouco melhor quando ligadas a uma tomada 220V em vez de 110V, no caso da VX450W a diferença fica em torno de 2%.

A eficiência é justamente um dos principais diferenciais entre as fontes de alimentação hoje em dia, já que representa uma economia direta na conta de luz.

A checar as especificações de qualquer fonte, procure pela eficiência mínima (com 100% de carga), que nunca deve ser inferior a 70% (o ideal é que seja de 80% ou mais) e veja se existe alguma especificação de eficiência ideal, que é atingida quando a fonte trabalha com menos carga.

Neste exemplo (de uma fonte de baixo custo da Huntkey) a especificação fala em 85% de eficiência, mas a seguir fala em 70% de eficiência mínima em full-load, o que indica que a eficiência em situações reais de uso fica entre os dois extremos, de acordo com o percentual de carga:

No caso de PCs que ficam continuamente ligados, usar uma fonte que trabalha com 80% ou mais de eficiência, acaba saindo mais barato a longo prazo do que usar uma fonte genérica que trabalhe com um percentual de eficiência mais baixo e consequentemente desperdice mais energia.

Um PC cujos componentes internos consumam 200 watts em média (sem contar o monitor, já que ele não é alimentado pela fonte de alimentação), acabaria consumindo 307 watts se usada uma fonte com 65% de eficiência. Ao mudar para uma fonte com 80% de eficiência, o consumo cairia para apenas 250 watts, o que, em um PC que fique ligado 12 horas por dia, representaria uma economia anual de 102 reais. O menor consumo também aumenta a autonomia do nobreak, já que, com menos carga, as baterias durarão mais tempo. Isso pode levar a outras economias, já que reduz a necessidade de usar baterias externas, ou de usar um nobreak de maior capacidade.

Concluindo, vamos a um pequeno glossário de termos que aparecem com frequência nas especificações de fontes:

ATX 2.2 compatible: O padrão ATX 2.0 introduziu o conector de 24 pinos, combinado com o conector auxiliar de 4 pinos. O padrão ATX 2.2 flexibilizou a exigência, permitindo que, respeitadas determinadas condições, fontes com conectores ATX de 20 pinos também pudessem ser usadas. O fato de atender aos dois padrões não quer dizer nada, pois eles são normas para todas as fontes atuais.

Ball-bearing thermally controlled fan: Especifica que o exaustor da fonte usa rolamentos (ball-bearing) no lugar de buchas (sleeve) como os usados nas fontes mais baratas. Isso permite que ele seja mais silencioso e, principalmente, aumenta a durabilidade, evitando que ele comece a fazer barulho e perder velocidade de rotação depois de um ou dois anos, como é comum nas fontes baratas. O "thermally controlled" faz referência à variação na velocidade de rotação do exaustor de acordo com a temperatura da fonte.

Single +12V rail: O padrão ATX12V diz que cada via (rail) de 12V da fonte não deve ser capaz de transportar mais do que 20 amperes (240 watts), de forma a evitar a possibilidade de acidentes perigosos. Dentro do padrão, fontes capazes de fornecer mais do que isso nas saídas de 12V devem utilizar duas ou mais vias separadas. O problema é que no caso hipotético de um único dispositivo (uma placa 3D, por exemplo) exigir sozinho mais do que 240 watts, ele poderia sobrecarregar a via em que está ligado, fazendo com que a fonte desligasse, independentemente de quantas vias de 12V ela possuísse.

Isso não acontece com os componentes atuais (pelo menos não ao usar fontes de qualidade) pois mesmo as placas 3D mais parrudas ainda consomem na faixa dos 150 watts, mas isso pode eventualmente passar a ser uma limitação. Prevendo isso, os fabricantes passaram a oferecer fontes "single rail", onde toda a capacidade de fornecimento da fonte em 12V é oferecida em uma única via. Isso permite que os componentes se sirvam de energia à vontade, sem o antigo limite de 240 watts.

A VX450W, por exemplo, oferece 396 watts através da via única de 12V, enquanto outras fontes maiores chegam a fornecer 1000 watts em uma única via. Ao mesmo tempo em que isso é desejável, fornecer tanta energia em uma única via também oferece um certo risco, não apenas para o equipamento, mas também para quem o manuseia, por isso é importante só comprar fontes "single rail" de fabricantes renomados. Se a fonte não for bem construída, coisas realmente interessantes podem acontecer.

Auto-Switching universal AC input: A maioria das fontes possuem chaves seletores "110V/220V", mas um número cada vez maior de fontes estão passando a utilizar seletores automáticos de tensão ou seja, passam a ser "bivolts". No caso de fontes de melhor qualidade, você pode geralmente ligar a fonte em qualquer tensão entre 90V e 264V. Este é um recurso importante, pois permite que a fonte absorva variações na tensão da rede elétrica (surtos e brownouts) sem prejuízo para o equipamento. Uma curiosidade é que apenas fontes sem PFC e fontes com PFC ativo (veja a seguir) podem oferecer seleção automática de tensão. Fontes com PFC passivo precisam, por definição, utilizar a chave seletora.

Over Current/Voltage/Power Protection, Under Voltage Protection, and Short Circuit Protection: Teoricamente, todas as fontes de alimentação deveriam oferecer proteção contra variações de tensão, mas não é isso o que acontece com as fontes mais baratas. Surge então a necessidade de usar um estabilizador ou nobreak para oferecer uma tensão constante para a fonte, mas como bem sabemos, os estabilizadores baratos também não cumprem bem a função, o que no final acaba deixando o equipamento desprotegido.

Fontes de melhor qualidade, sobretudo fontes que possuem seleção automática de tensão oferecem uma tolerância muito grande a variações de tensão, maior do que um estabilizador típico. É muito melhor usar uma fonte de alimentação de qualidade do que combinar um estabilizador ruim e uma fonte ruim, daí o conselho geral de economizar, deixando de comprar o estabilizador e investir o dinheiro na fonte.

Active Power Factor Correction (PFC): Ao comprar um estabilizador ou um nobreak, a capacidade é sempre informada em VA (Volt-Ampere) e não em watts. Em teoria, um nobreak ou estabilizador de 600 VA seria capaz de suportar uma carga de 600 watts, mas na prática ele acaba mal conseguindo manter um PC que consome 400. Se você realmente ligasse um PC que consumisse 600 watts, ele provavelmente desligaria (ou queimaria) quase que instantaneamente.

Essa diferença ocorre por que a capacidade em VA é igual ao fornecimento em watts apenas em situações onde são ligados dispositivos com carga 100% resistiva, como é o caso de lâmpadas incandescentes e aquecedores. Sempre que são incluídos componentes indutivos ou capacitivos, como no caso dos PCs e aparelhos eletrônicos em geral, a capacidade em watts é calculada multiplicando a capacidade em VA pelo fator de potência da carga, sendo que a maioria das fontes de alimentação trabalha com fator de potência de 0.65 ou 0.7 (não confunda "fator de potência" com "eficiência", são duas características diferentes). Isso significa que um estabilizador de 600 VA suportaria, em teoria, um PC que consumisse 400 watts, utilizando uma fonte de alimentação com fator de potência de 0.65.

Como é sempre bom trabalhar com uma boa margem de segurança, uma boa regra para calcular a capacidade "real" em watts é dividir a capacidade em VA por 2. Assim, um nobreak de 600 VA suportaria um PC com consumo total de 300 watts com uma boa margem.

De alguns anos para cá, estamos assistindo à popularização das fontes com PFC ("Power Factor Correction", ou "fator de correção de potência") que reduz a diferença, fazendo com que o fator de potência seja mais próximo de 1. Na verdade, é impossível que uma fonte trabalhe com fator de potência "1", mas muitas fontes com PFC ativo chegam muito perto disso, oferecendo um fator de potência de 0.99.

A principal vantagem de usar uma fonte de alimentação com PFC ativo é que o consumo em VA fica muito próximo do consumo real, em watts, de forma que você não precisa mais superdimensionar a capacidade do nobreak ou do estabilizador.

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