Cómo reformar la fuente de un ordenador (Parte I)

Luego de ver las fallas más comunes que pueden presentar las fuentes de alimentación de un ordenador (y resolverlas), nos inclinaremos hacia otra faceta interesante que es la adaptación o reforma de este dispositivo. Por supuesto, los trabajos estarán limitados a nuestros conocimientos y a las posibilidades técnicas que una fuente de alimentación de ordenador posee. Dicho en otras palabras, para realizar este tipo de trabajos debemos contar con una base técnica elemental y además, no podremos ir más allá de lo que el hardware de la fuente de alimentación nos permita. Es decir, por mucho que soñemos, no podremos alcanzar cualquier valor de tensión y/o corriente en la salida. Comencemos a reformar una fuente clásica. Ven con nosotros, veamos todo lo que podemos obtener de ella.

En este artículo, vamos a trabajar orientados en las reformas posibles que podemos hacerle a una fuente de ordenador para obtener de ella tensiones que sean útiles para nuestros propósitos. Por supuesto, tensiones y corrientes para las que estas fuentes de alimentación no están preparadas desde su origen. Sin embargo, no podremos extraer de estos equipos, pequeños y livianos, la energía que se nos ocurra y (por extraño que te parezca) mucho menos aún, la energía que el fabricante promete en los adhesivos que vienen en su gabinete. Como siempre sucede en la vida, nada es mágico, nada es eterno ni se crea por arte de magia. En una fuente de alimentación de ordenador esta ley fundamental no queda al margen y en la enorme mayoría de los casos, la realidad suele presentarse en el momento menos oportuno y de la manera más cruel e insólita.

La fuente que vimos en la entrega anterior (la misma conque seguimos trabajando ahora) posee la etiqueta que muestra la imagen superior donde podemos notar claramente que estamos ante una fuente que puede entregar muchos amperes (o amperios) de corriente en las tres salidas más importantes. Esto sería: 25Amperes en la salida de 5Volts, 14Amperes en la salida de 3,3Volts y 10Amperes en la salida de 12Volts. En su diseño original, la fuente incorpora en la etapa de 3,3Volts un transistor MOSFET de canal N (P40NF03L) que es capaz de manejar corrientes de hasta 40Amperes. En el caso de la salida de 5Volts, la rectificación se realiza con un doble diodo SBL2040CT que permite una corriente continua de 20Amperes. Aquí comienzan las contradicciones entre las promesas y la realidad. Si el fabricante ofrece 25Amperes, resulta extraño encontrar un rectificador de menor capacidad de corriente. Sin embargo, teniendo en cuenta que la corriente no será continua, sino pulsante a la salida del transformador de conmutación (chopper), podríamos admitir (no muy conformes) que el rectificador podrá realizar su trabajo sin inconvenientes durante la vida útil de la fuente de alimentación. Como vimos antes, la avería encontrada fue este doble diodo en cortocircuito y eso puede hacernos “suponer” que el diseño (chino), al límite de las necesidades, pudo haber ocasionado la falla.

Por último, en la rectificación de los 12Volts, encontramos dos diodos discretos FR302. Aquí volvemos a advertir la poca capacidad de corriente que tendrán estos diodos; 3Amperes contra 10 que anuncia el fabricante de la fuente. Además, no podemos dejar de mencionar otro elemento que será elemental dentro del funcionamiento de esta fuente conmutada (switching): el tamaño del transformador de conmutación. Sobre este punto podemos mencionar que una de las publicidades y bondades que un sistema conmutado ofrece es la eficiencia o rendimiento, esto es, la relación entre la potencia entregada en las salidas respecto a la potencia absorbida desde la red.  Cuanto más cercano a la unidad sea el cociente entre estos valores, estaremos ante un sistema más eficiente. Vale recordar en este punto que este tipo de fuentes se ha popularizado por presentar este beneficio respecto al pesado y voluminoso transformador de chapas de silicio. El transformador de conmutación de ferrite resuelve en un tamaño mucho menor, y trabajando a elevada frecuencia de conmutación, lo que antes hacía el viejo transformador de chapas a la frecuencia de red. Pero tengamos cuidado, no todo lo que brilla es oro y mucho menos si lo que estamos analizando viene desde el sud-este asiático.

Ya descubrimos en la entrega anterior, que los espacios para colocar un filtro de línea de entrada de red existían y el afán por abaratar costos lo habían anulado en nuestra fuente. Ahora demos un vistazo a nuestro transformador de conmutación. El tamaño sorprende a la vez que alarma si lo comparamos con un transformador convencional de chapas de silicio. Además, resulta difícil creer que un transformador (mucho) más pequeño que uno tradicional, de menos de 4 a 5Watts de potencia, pueda manipular 20 veces más energía de salida. Por lo tanto, nada mejor que un par de ensayos sencillos para saber bien de qué se trata esto y hasta donde llegará nuestra fuente de alimentación. En nuestro intento por asegurar un rendimiento mejorado al enunciado, hemos cambiado el rectificador de 12Volts por un par de diodos encapsulados en TO-220  capaces de trabajar hasta con 10Amperes (FR1003G). Es decir, colocamos diodos como los que debiera haber colocado el fabricante. Además, agregamos un control de tensión (que veremos en este mismo artículo) de salida para poder ajustar la tensión de salida a los valores adecuados a nuestras necesidades; que no son muchas en este inicio: sólo intentar superar los 5Amperes en la salida de 12Volts. Veamos:

Luego de la frustración, analicemos el trabajo del SG6105 para comprender algunas cosas que vemos en los videos. El circuito integrado cuenta con tres entradas directas de tensión desde las salidas de 3,3Volts, 5Volts y 12Volts a través de los pines 2, 3 y 7 respectivamente. Estas entradas actúan como detectores de baja tensión. Es decir, si la tensión de salida baja por un determinado nivel, el SG6105 deja de funcionar y la fuente se detiene. Por otro lado, sobre el pin 17 trabaja un sistema de detección de alta tensión de salida y en este pin convergen las informaciones de la tensión de 5Volts y de 12Volts. La tensión de 3,3Volts se genera de manera independiente a las dos tensiones antes mencionadas. Se utiliza un pin de salida del SG6105 para generar PWM y a través del MOSFET mencionado antes, el P40NF03L, se extraen los 3,3Volts desde la tensión de salida de 5Volts. Si esta tensión varía, el PWM para 3,3Volts hará lo mismo, intentando mantener constante la tensión a la salida (observa esta explicación en el circuito que te dejamos al final del artículo). Otro pin de interés y que hemos visto en acción en los videos es el pin 4 (OPP) que se encarga de detectar anomalías de funcionamiento en el circuito previo a los transistores de potencia. Este circuito se encarga de detectar consumos elevados o desbalances en las líneas de alimentación de los transistores de potencia y ordena la detención de funcionamiento del SG6105 por sobrecarga.

Volviendo a mencionar el pin 17, nos encontramos que es la entrada del amplificador de error del generador de PWM del SG6105. La tensión óptima de este pin debe mantenerse en 2,5Volts, según la hoja de datos del circuito integrado, y como mencionamos antes, esta tensión se obtiene de referencias provenientes de la línea de 5Volts (R5) y de 12Volts (R3). En nuestro caso, la resistencia que forma el divisor resistivo a GND (R4) era una de 4K7 y la reemplazamos con una de 3K3 en serie con un pequeño resistor ajustable de 3K. De este modo, las tensiones a la salida pueden ser variables en un pequeño, pero útil margen. En el caso de los 5Volts logramos una variación de 3,94Volts hasta 5,9Volts, mientras que en la salida de 12Volts las variaciones se extienden entre 9,8Volts y 14,36Volts. Debes tener en cuenta algo muy importante al leer esta parte del artículo. Es muy probable que nuestra fuente no sea igual a la tuya y quizás necesites otros valores de resistencias para lograr un control de tensión variable. Lo importante es que sepas que en el pin 17 del SG6105 debes reemplazar la resistencia que se conecta a GND (R4) por un conjunto que te permita variar entre valores útiles de trabajo.

No te asustes si la fuente deja de funcionar. Las variaciones de resistencia permitidas en esta conexión (R4) son muy pequeñas y hay ocasiones en que sólo 100 Ohms significan que el SG6105 deje de generar PWM.  No temas que nada se rompe, el SG6105 solo dejará de funcionar. Tú deberás encontrar la relación apropiada para este divisor resistivo (R3 – R5 – R4) y, según la salida empleada (5Volts o 12Volts), puedes lograr un funcionamiento entre 3,9Volts y más de 14Volts a plena potencia. Hablando de plena potencia, como habrás notado en el video, esta fuente que nos ha tocado en suerte ensayar, no avanza (por ahora) más allá de los 50Watts de potencia sobre la línea de los 12Volts que nos servirá para llevarla a 13,8Volts y utilizarla en equipos de comunicaciones. Aunque por ahora estamos muy lejos de alcanzar potencias cercanas (o superiores) a los 200Watts, todavía nos queda mucho camino por recorrer con esta fuente de alimentación conmutada. Ya hemos aprendido a no creer en las promesas de potencias enormes dentro de las etiquetas de estas fuentes económicas. El próximo paso será mejorar el filtrado de salida colocando capacitores electrolíticos que favorezcan una ESR mínima y una absorción total de ruidos de conmutación, junto a un mejor almacenamiento de energía y desempeño de la fuente ante consumos elevados. Además, veremos como desarmar el transformador principal de conmutación para adaptarlo a otras tensiones acordes a nuestras necesidades. ¿Quieres una muestra de lo que se viene? Observa esta imagen, que aún está en elaboración.

Allí tienes imágenes del desarme del transformador de conmutación, en el orden en que se desarman los bobinados. En la próxima entrega veremos como variar los bobinados necesarios hasta alcanzar el funcionamiento deseado. Como te mencionamos antes, el camino es largo, pero los resultados justifican el trabajo. En mi caso, además de los equipos de radio que trabajan a 13,8Volts, se me vienen a la mente aplicaciones en amplificadores de audio que trabajen a 30Volts o un probador de tubos fluorescentes (retro-iluminación) para televisores LCD que funcionan a 24Volts. Y tú, ¿qué aplicaciones encuentras para tu próxima fuente de alimentación? Cuéntanos y muéstranos tus avances sobre tus fuentes en el Foro de Electrónica de NeoTeo. Mientras tanto, te dejamos un circuito para que puedas comenzar a familiarizarte con el SG6105, además del enlace a su hoja de datos que encontrarás al final de este artículo. Ven, te estamos esperando.