Distribuição de capacidade nas fontes e single +12V rail

Um fator importante ao escolher uma fonte é a distribuição da capacidade entre as tensões de 3.3, 5 e 12V. Micros antigos (até o Pentium III no caso da Intel e até o Athlon soquete A no caso da AMD) utilizam primariamente energia das saídas de 3.3 e 5V (usando a saída de 12V apenas para os drives e exaustores) enquanto os PCs atuais usam quase que exclusivamente a saída de 12V.

Fontes antigas, baseadas no padrão ATX12V 1.3 são dimensionadas para os PCs antigos, fornecendo apenas 12 ou 16 amperes na saída de 12V, o que é insuficiente para os PCs atuais. Um bom exemplo é a Thermaltake HPC-420-102, uma fonte que oferece 420 watts no total, mas que devido à distribuição é capaz de fornecer apenas 216 watts na saída de 12V:

A redistribuição da capacidade veio junto com o padrão ATX12V 2.0, que reduziu a capacidade recomendada de fornecimento nas saídas de 3.3 e 5V, priorizando a de 12V. Uma fonte atual é, tipicamente, capaz de fornecer 28 amperes ou mais na saída de 12V, com algumas dividindo a corrente em duas ou mais vias de 18A e outras oferecendo um via unificada.

Single +12V rail: O termo “rail” pode ser traduzido como “via” ou “trilho” e nada mais é do que um circuito separado dentro da fonte, responsável pelo fornecimento de uma das tensões.

Antes do padrão ATX, as fontes possuíam dois circuitos (ou rails) separados, um para a tensão de 5V e outro para a de 12V. Com o padrão ATX, foi adicionado um terceiro, responsável pela tensão de 3.3V. Todas as fontes fornecem também tensões de -5V e -12V, mas a corrente é muito baixa e elas não são mais usadas desde a década passada.

Em micros antigos (até o 486), a maioria dos componentes eram alimentados diretamente a partir da saída de 5V da fonte e a saída de 12V era usada apenas para os motores dos HDs, drives de disquete e coolers. Conforme foram sendo introduzidas técnicas mais avançadas de fabricação, os componentes passaram a utilizar tensões cada vez mais baixas, o que tornou necessário o uso de circuitos de regulagem de tensão, que começaram como simples resistores que eliminavam o excesso na forma de calor (que não era um grande problema na época, já que os processadores consumiam pouca energia) e progrediram até chegarem aos complexos conversores DC/DC usados nas placas atuais.

Conforme o consumo dos processadores de maior clock e placas 3D foi crescendo, as placas deixaram de usar as saídas de 3.3 e 5V e passaram a obter energia diretamente a partir da saída de 12V. O motivo é simples: com uma tensão maior, é possível transmitir a mesma quantidade de energia usando uma “amperagem” muito mais baixa, o que simplifica os projetos e permite atingir níveis bem maiores de eficiência. Hoje em dia, os processadores, placas 3D e HDs (que são os responsáveis por mais de 80% do consumo total do PC) são alimentados quase que exclusivamente pela saída de 12V.

Essa migração exigiu mudanças nos projetos das fontes. Um boa fonte ATX de 300 watts da década de 90 era tipicamente capaz de fornecer 10 amperes na saída de 12V (120 watts), enquanto boas fontes de 400 ou 450 watts atuais fornecem 30 amperes ou mais.

A confusão surgiu com o padrão ATX12V 1.3, que recomendava o uso de um máximo de 18 amperes na saída de 12V (com uma máximo de 20 amperes, ou 240 watts), uma precaução contra a possibilidade de acidentes. Dentro do padrão, fontes capazes de fornecer mais do que isso nas saídas de 12V devem utilizar duas ou mais vias separadas, daí termos tantas fontes que são capazes de fornecer 400 watts ou mais, mas utilizam duas ou mais saídas independentes, cada uma limitada a um máximo de 18 amperes.

A configuração mais comum nesses casos é uma das vias ser usada para alimentar o conector de 24 pinos (que alimenta o processador e a maioria dos componentes) e a outra usada para os conectores molex e PCI Express. Nesse exemplo, temos uma Cooler Master de 360W, que utiliza duas vias de 12V, onde você pode exigir 15A (180 watts) de cada uma, desde que o total não ultrapasse 288 watts:

As duas vias podem ser obtidas através do uso de dois circuitos independentes (o que é muito raro, já que encarece a fonte) ou através de um único circuito de maior capacidade e dois limitadores de potência, que geram as duas vias separadas (o mais comum).

O grande 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.

Em um PC “normal”, com uma única placa 3D e um processador mediano, isso não chega a ser um grande problema, já que o processador (consumindo energia dos conectores de 24 e 4 pinos da placa-mãe) e a placa 3D (usando o conector PCIe, ou conectores molex) utilizariam vias separadas e seria muito difícil que cada um utilizasse sozinho mais do que 180 watts. Entretanto, é fácil de atingir o limite ao usar duas placas em SLI, ou mesmo ao usar um processador quad-core em overclock, o que levou a Intel a flexibilizar a norma a partir do padrão ATX12V 2.0.

Surgiram então as fontes “single +12V 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. Além de servir como uma bom argumento de marketing, essa abordagem também reduz um pouco o custo de produção (já que não é mais preciso usar os limitadores de potência) e evita que você precise superdimensionar a capacidade da fonte, com medo de ultrapassar o limite de alguma das vias.

A Corsair VX450W, por exemplo, oferece 33 amperes (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 +12V rail de fabricantes renomados. Se a fonte não for bem construída, coisas realmente interessantes podem acontecer.

DC-DC converter: Um complemento para o uso do single +12V rail é o uso de circuitos DC-DC para as saídas de 3.3 e 5V, que em vez de serem ligadas no transformador, passam a ser ligadas na saída de 12V. Com isso, a fonte passa a utilizar uma única via e dois blocos adicionais de circuitos para reduzir a tensão (daí o “DC-DC”).
A vantagem é que a fonte passa a ter um único circuito de conversão, em vez de ter três circuitos menores, ganhando em flexibilidade. O com o DC-DC, a fonte passa a ser capaz de fornecer toda a energia na saída de 12V, ou de direcionar parte dele para as outras saídas, conforme necessário. Uma fonte de 500 watts passa então a ser realmente capaz de fornecer os 500 watts na saída de 12V e não mais 400 ou 450 watts na saída de 12V e o restante nas saídas de 3.3 e 5V.

Como ninguém é perfeito, os circuitos DC-DC possuem também uma desvantagem: eles são moderadamente caros, consistindo em um chip PWM, uma bobina e um conjunto de transístores adicionais para cada uma das duas saídas. É por isso que eles acabam sendo usados apenas nas fontes mais caras, muito embora a tecnologia tenda a cair de preço e se popularizar com o tempo.