[Guia Tecnica] Electrónica de Fuentes/Estabilizadores/UPS

[Apocalip.sys]

Introducción:

Tenía en mente hace bastante tiempo hacer una guía referencial sobre como funciona por dentro una fuente de PC o también llamadas fuentes conmutadas, ya que la electrónica es uno de mis fuertes. Si bien es cierto esta información uno la puede ubicar fácilmente googleando o en Wikipedia, yo quería irme mas por el lado práctico sobre todo en reconocer las piezas mas importantes y analizar un poco en bloques como funcionan estos dispositivos. Ojo no es un copy & paste ya que posee mucha información de mi experiencia personal.

Primero que nada les pongo unos links referenciales que pueden servir de ayuda/complemento a lo que voy a explicar:

[Guia Tecnica] Fuentes (PSU) (Guia sobre Fuentes)

http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply (Fuentes Conmutadas, esta en inglés pero posee información mas completa que la versión en español)

Las fuentes conmutadas fueron desarrolladas inicialmente para aplicaciones militares y aerospaciales en los años 60. Luego, esa tecnología pasó a nuestra vida cotidiana plasmada en fuentes para diversos equipos electrónicos, televisores, equipos de música, etc. Esto nos da a entender que la fuente que tenemos en una PC es en escencia igual o muy parecida a la que encontraremos en otros aparatos de nuestra casa.

Diagrama de Bloques:

El objetivo de una fuente de PC es transformar la tensión/corriente alterna (AC) que hay en nuestras casas a una tensión/corriente continuas (DC) que pueda ser usada por los componentes de nuestra PC. Para eso es necesario que dicha energía siga estos pasos:

La energía que entra a la fuente (Main Input) pasa primero por un puente rectificador y un filtro (Input and Rectifier Filter) para convertir la energia AC en DC.

Luego esta energía pasa a un inversor (Inverter) que la convierte nuevamente en energía AC. Se preguntarán, pero si ya hemos pasado de AC a DC para que volver a AC nuevamente?. Este inversor lo que hace es llevar la energía a niveles mas manejables y controlar que la energía que sale de la fuente sea constante siempre, y solo se puede hacer si la energía es AC.

Esta energía pasa por un transformador (Output Transformer) el cual DETERMINA la cantidad de RIELES en la fuente.

Entonces cada riel al final tiene nuevamente un rectificador y filtro (Output Rectifier and Filter) que convierte la energía AC en DC (DC Output) que ya puede ser usada por la PC.

Para que el inversor pueda controlar que efectivamente el voltaje de salida es el correcto utiliza en la mayoría de los casos un chip llamado TL494 (Chopper Controller):

http://pdf1.alldatasheet.com/datashe...EMI/TL494.html (Documentación TL494)

Existe otro microcontrolador llamado PIC (Peripheral Interface Controller) que se usa también para estos casos, pero por motivos de monitoreo/control es mas usado en estabilizadores/UPS:

http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador_PIC

OJO: No voy a explicar como funciona en teoría un inversor/rectificador/filtro/TL494 porque seria marear mucho a la gente que no posee conocimientos de electrónica mas avanzada, asi como también para no extenderme en el lado teórico. Si desean mas información:

http://es.wikipedia.org/wiki/Inversor

http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_electrónico

Reconocimento:

En esta imagen vemos como se ve por dentro una fuente de PC. La letra A nos indica el puente rectificador o también llamado puente de diodos. La letra B es el filtro, reconocible por los condesadores azules. Estas 2 partes constituyen el circuito de entrada.

La letra C nos muestra el transformador que determina la cantidad de rieles de la fuente. Estos transformadores usan un nucleo de ferrita que es especial para evitar pérdidas de watts. D y E indican las bobinas (llamadas bobinas toroidales) y condensadores de salida para que la señal DC sea lo mas pura posible.

En la parte baja de la foto podemos ver el ventilador y el switch de la fuente, y al medio las 2 barras plateadas son los disipadores del sistema de regulación del voltaje de salida.

Fallas:

Las fuentes conmutadas normalmente presentan fallas por la mala calidad, tiempo de uso o voltajes indebidos de los componentes. Casi siempre los condensadores (letras B y E) o el puente de diodos (letra A) se queman cuando se presenta alguna falla. Es raro que fallen el transformador o el TL494.

Una fuente de mala calidad puede causar daños severos en su hardware. Toda fuente tiene protecciones contra subidas y bajadas de voltaje, sin embargo, si una fuente usa malos componentes, estas protecciones pueden fallar y facilmente su hardware podria recibir mas voltaje del soportado, quemandose instantaneamente. Casos de mainboards, discos y VGAs quemadas por fuentes de mala calidad son bastante comunes.

UPS:

El UPS (Uninterruptible Power Supply) o en español SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) es otro aparato que usamos con frecuencia. Sirve para entregar energía eléctrica a la PC luego de que ocurrio un corte de energía, ya sea por minutos u horas. Los UPS varían de acuerdo a la marca, las opciones adicionales que traen como indicadores, programación, monitoreo, etc elevan considerablemente el costo. Existen 2 tipos principales de UPS y uno adicional que es un derivado.

1) El UPS on-line proporciona la calidad más alta de protección para la PC.

Ventajas:

Salida constante de alimentación a la PC.

Ningún instante de falta de potencia al experimentar el corte del suministro eléctrico.

Posee un puente que permite su fácil mantenimiento y sirve como seguridad en caso de sobrecargas.

Tiempos de transferencia bastante cortos.

Desventajas:

Generalmente mas abultado y más pesado que otras tecnologías

Mas costoso.

Menos energía eficiente.

2) El UPS off-line se utiliza típicamente para la protección económica de sitios de trabajo de simple uso y de otras aplicaciones menos críticas.

Ventajas:

Bajo costo.

Energía eficiente.

Silencioso (en modo espera).

Desventajas:

Condicionamiento mínimo de la potencia.

Al haber un corte de energía puede que el equipo sensible resulte afectado.

Tiempos de transferencia mucho mas largos.

3) El UPS Línea-Interactiva es básicamente un UPS off-line con mejoras.

Ventajas:

Mas barato que los on-line.

Mejor protección que el off-line.

Desventajas:

A menudo mucho más abultado y caro que un off-line.

El corte de energía sigue como un posible elemento para afectar equipo sensible.

No posee ningún puente para mantenimiento o sobrecargas.

Fallas:

Las fallas en los UPS se dan sobre todo en la batería por el tiempo de uso, cada cierto tiempo hay que cambiarlas para que funcione el tiempo debido al haber un corte de energía.

Diagrama de bloques:

Información adicional sobre los UPS aqui:

http://en.wikipedia.org/wiki/Uninter...e_power_supply

Estabilizadores:

Los estabilizadores son talves el equipo mas usado para proteger una PC. Existen 4 tipos: Los híbridos, los tipo relé, los sólidos y los ferroresonantes. Como reconocerlos? Existen 3 formas de saberlo:

El sonido. Cuando el establizador suena al haber una variación de corriente (el famoso click) estamos hablando de los híbridos o los tipo relé. Los sólidos normalmente no suenan. Los ferroresonantes presentan un "zumbido" característico durante su funcionamiento (debido al transformador que utilizan).

Visualmente al abrirlos los hibridos/tipo relé poseen algo muy parecido a esto:

Eso es el relé y es lo que produce el click. Al ser un elemento electromecánico es mas lento en sus reacciones ante variaciones de la red (tiempos de medida en milisegundos ms). La ventaja es que son elementos muy robustos (duran mas y soportan cualquier falla mejor)

Los sólidos por su parte utilizan únicamente lo que se llama transistores de potencia:

Estos no producen ruido. Su tiempo de respuesta se mide en nanosegundos (ns) lo que les permite reaccionar más rápido ante fluctuaciones de la red. La desventaja es que frente a otra tecnología duran menos.

Las ventajas de un estabilizador sólido es que al ser una tecnología mas nueva y rápida protegen mejor al equipo contra cambios bruscos y rápidos de la corriente.

La desventaja es que son relativamente mas caros, pero el mercado últimamente esta tendiendo a usar ya solamente los sólidos.

En el caso de los ferroresonantes no son recomendados para su uso en cargas alineales (llámese PCs) por el hecho de que deforman mucho la onda senoidal que entregan. A eso hay que sumarle el ruido, calor, peso y volumen considerablemente mayores que cualquier otro. La ventajas: Su regulación que puede llegar al 1%, su rango de trabajo es bastante mas amplio y su filtrado de ruido en la señal es el mejor de todos (para mi gusto son factores que no influyen de manera categórica en la alimentación de una PC).

Imagen de la señal seniodal deformada por un Estabilizador Ferroresonante

Resumen:

Los 3 equipos que describí sirven para proteger y alimentar la PC, su mantenimiento siempre debe ser realizado por personal calificado. Obviar esto puede dañar el equipo o a la persona que lo manipula.

Dentro de los estabilizadores y UPS existe una salida "especial" llamada "By-Pass", la cual es usada en caso de querer realizarle mantenimiento al equipo sin quitarle la alimentación a la carga. En resumen es tener el enchufe de la pared ahí (osea no es estabilizada). Asimismo en ambos equipos viene por seguridad un fusible en caso de cortocircuitos.

Consideración Teórica Importante:

Por razones marketeras y técnicas a la ves, tanto los estabilizadores como los UPS ponen su potencia en VA (Volt-Ampere) la cual no es una medida "real" o efectiva. Para saber cual es la medida real (Watts o también llamado True RMS (Root Media Square)) hay que dividir el valor VA entre raiz cuadrada de 2. Así por ejemplo:

1000 VA = 707 Watts aprox.

Esta regla se aplica para todo equipo que incluya esta información, incluyendo la potencia sonora en equipos de sonido.

Esta guía se puede ir modificando con los aportes que puedan hacer.

Créditos:

Creado/editado por Luis Armas Breux (Apocalip.sys)

[Enkhil]

adicionalmente creo que hay unos "programables" en los interactivos, no tengo idea si es por software via la conexion usb que poseen o si es por algun regulador interno
hace algun tenia un problema con los apc que tengo
un hdp compro una casa por mi barrio y lo convirtio en fabrica asi que en las mañanas tenia unos bajones alucinantes de tension, en ratos el sw del ups marcaba 160V y no llegaba a activarse el modo backup sino que se moria
lo lleve al servicio tecnico y me dijeron que lo iban a "regular" para que tenga un mayor rango y hasta ahora no me da problemas
me dijeron que la gama alta (>$400) si permite ajustar los parametros mediante el software incluido

[saito1600]

;D Bonita guia, me quedo claro muchas cosas, y aprendiendo cosas nuevas.
Se Agradece.

[cakches]

Creo que es mucho mejor una UPS :D

Salu2
Corrijam mys herrorez

[Apocalip.sys]

adicionalmente creo que hay unos "programables" en los interactivos, no tengo idea si es por software via la conexion usb que poseen o si es por algun regulador interno
hace algun tenia un problema con los apc que tengo
un hdp compro una casa por mi barrio y lo convirtio en fabrica asi que en las mañanas tenia unos bajones alucinantes de tension, en ratos el sw del ups marcaba 160V y no llegaba a activarse el modo backup sino que se moria
lo lleve al servicio tecnico y me dijeron que lo iban a "regular" para que tenga un mayor rango y hasta ahora no me da problemas
me dijeron que la gama alta (>$400) si permite ajustar los parametros mediante el software incluido

Los UPS siempre han sido bastante mas caros que un simple estabilizador, y obviamente mientras mas caro es mas cosas te ofrece, desde programación/regulación, pasando por mayor tiempo de servicio de la bateria luego de un apagón. En una fabrica/oficina/hospital donde hay equipos que necesitan de forma crítica mantenerse prendidos son ampliamente usados pero no el que vemos en la foto x ejemplo sino unos muchisimo mas grandes.

Un UPS para casa dependiendo del costo debe estar aguantando en promedio de 5 a 20 minutos, tiempo suficiente para guardar o terminar lo que uno estaba haciendo.

En el caso particular que pusiste debe tener un regulador interno, pero dejame decirte que llegar a 160v es un bajón bastante fuerte, mas aún tratándose de una fábrica donde se usan motores, éstos generan una señal eléctrica "paralela" llamada armónicos que son muy perjudiciales para equipos electrónicos. Que no te sorprenda por ahi si alguna cosa que haya estado prendida en ese momento y no estuviera protegida se malograra.

[veli64]

Apocalip.sys gracias por tomarte el tiempo para hacer esto, esta muy claro. Solo una cosa, podrias explicar o agregar a la guia por favor el concepto este de lo VA que no necesariamente es lo mismo que W, ya que he visto un UPS que quiero comprarme que dice da 750VA y por ahi escuche que da menos que un estabilizador de 1000Watts (que son los establizadores estandar que venden). Por otro lado, si tengo un UPS, ya no necesito estabilizador no? gracias!

[Apocalip.sys]

Apocalip.sys gracias por tomarte el tiempo para hacer esto, esta muy claro. Solo una cosa, podrias explicar o agregar a la guia por favor el concepto este de lo VA que no necesariamente es lo mismo que W, ya que he visto un UPS que quiero comprarme que dice da 750VA y por ahi escuche que da menos que un estabilizador de 1000Watts (que son los establizadores estandar que venden). Por otro lado, si tengo un UPS, ya no necesito estabilizador no? gracias!

Ok, te lo resumo, el VA para que lo pases a Watts dividelo entre raiz cuadrada de 2, osea ese UPS de 750VA viene a ser 530 Watts aproximadamente.

Gracias por preguntar eso porque fuera de esa duda me hiciste recordar otra sobre los equipos de sonido. Cuando vas a comprar muchas veces ves en la caja que te dicen x ejemplo 500 watts de potencia, pero eso no es cierto, la verdadera potencia en el sonido es la llamada True RMS, que es justamente la de dividir también esa potencia entre raiz cuadrada de 2. Osea en ves de ser un equipo de sonido de 500W en realidad es de 300W, salvo que este indicado en la caja "True RMS".

Al tener un UPS puedes obviar el estabilizador siempre y cuando sea on-line o linea-interactiva, si es offline no puedes ya que la corriente llega directo al equipo sin ninguna protección.

[widowido]

Se agradece el aporte, siempre algo nuevo que aprender.

Salu2

[latintank]

Te falto algo importante los estabilizadores ferroresonantes, estos son los mejores, dado ke no cuentan con circuitos electronicos y es muy dificil que fallen, su regulacion es de 1% a comparacion de los solidos que van de los 4.5 para arriba o los hibridos que van de 12%, aparte de eso su rango de trabajo es de 100 a 300 voltios y soportan corto circuito, su desventaja es que son caros, aparte de eso son grandes y su eficiencia es de 85%

[Apocalip.sys]

No los puse porque sinceramente para el uso casero tienen mas contras que pros. Pesados, voluminosos, ruidosos y generan calor (esto es un síntoma de ineficiencia) es algo que no querrias en tu casa, esto aparte de ser una tecnología bastante antigua. Las grandes ventajas como dices son que ante cortocircuitos o alguna falla de la carga no les pasa absolutamente nada y su regulación es notablemente mejor que la de los otros.

[Enkhil]

esos son los transformadores 220v -> 220v ?
el pata k vino a hacer mediciones me instalo uno de esos

[latintank]

esos son los transformadores 220v -> 220v ?
el pata k vino a hacer mediciones me instalo uno de esos

no amigo lo que t einstalo es un transformador de aislamiento, eso sirve para limpiar la energia electrica, pro decirle asi quitar las cargas que vienen enfermas y mal ,, esas dañan tus equipos, hay estabilizadores solidos que vienen con transformador de aislamiento incorporado, ese trasnformador que tienes no regula la energia, la cantidad de voltios qeu bota es la misma que entra. Los estabilizafores ferroresoanates si regulan la energia si entra entre 100 y 300 voltios bota 220 estable a +-1%

[latintank]

No los puse porque sinceramente para el uso casero tienen mas contras que pros. Pesados, voluminosos, ruidosos y generan calor (esto es un síntoma de ineficiencia) es algo que no querrias en tu casa, esto aparte de ser una tecnología bastante antigua. Las grandes ventajas como dices son que ante cortocircuitos o alguna falla de la carga no les pasa absolutamente nada y su regulación es notablemente mejor que la de los otros.

Te digo que la tecnologia ferroresanate esta mejorada, su nivel de ruido es casi nulo ahora, la eficiencia es ahora 90%, son pesados y grandes, pero si es que tienes un equipo electronico importante y deseas estar seguro de su funcionamiento y que nunca te falle por causas de suministro electrico, el ferroresonante es la mejor opcion.

[veli64]

Alguien sabe de alguna tienda donde pueda se especialicen o al menos tengan equipos como los descritos aca, UPS, estabilizadores de verdad, etc?

Estaba viendo este UPS:

http://www.forzaups.com/product_detail.aspx?PrdId=30

Que tal?

o este otro:

http://www.elise.com.pe/productos/mostrar/17

El primer modelo llamado Black Knight

Alguien ha tenido experiencias con algunos de esos u otros similares?

[Apocalip.sys]

El primero no aguanta mucha potencia, solo 350 Watts, si tienes una PC que no consuma mucho puede ser una buena opción. El segundo ofrece de 500 a 1000 VA (divide esto entre raiz de 2 y sabrás cuanto es en watts). Recuerda que al elegir un UPS hay que sumarle todo lo que se conecta, si fuera el caso la PC+Monitor+periféricos. Con respecto a marcas no te podría ayudar, seguro alguien en el foro puede compartir ese tema.

PD: Fijate estos links de Mercado Libre para que te des una idea del precio actual y que ofrece el mercado:

UPS 750W:

http://articulo.mercadolibre.com.pe/MPE-7944705-_JM

UPS 500W:

http://articulo.mercadolibre.com.pe/MPE-7953993-_JM

[Apocalip.sys]

Primer post actualizado con más información sobre UPS y estabilizadores, incluyendo los ferroresonantes. También la explicación sobre VA, Watts y la salida "By-Pass". Gracias a las personas del foro por los aportes.

[-Fnx-EduE]

Buena guía, muy informativa. Y pensar que conozco gente que cree que su PC esta a salvo con un simple supresor de picos ._.

[Hyperion]

Muy buena tu guia y dime que recomendarias ese ups de 77$ seria lo ideal para una pc de casa influye el consumo de mi pc usar algun tipo de UPS ???

[Apocalip.sys]

El consumo de tu PC influye en el tiempo de servicio que te puede dar la batería mientras hay un apagón, solo por darte un ejemplo si un UPS te da 10 minutos con una PC que consume 300 watts, pues con una PC de 600 watts serían 5 minutos haciendo la analogía. Por eso siempre que compres un UPS pregunta cuanto tiempo de servicio te da la batería dependiendo del consumo.

[phenomX4]

:arrowu: Buena voz, asi aprendemos mas de temas desconocidos para muchos :D :D :D , GRAN APORTE :cheesy: