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Manual de Modificación
Fuentes Conmutadas de PC
Modificación de Fuentes Conmutadas de PC.
Últimamente se ha vuelto algo común el uso de fuentes de alimentación de PC conmutada para suministrar de tensión a los equipos de radiocomunicaciones de aficionados. El bajo costo, el bajo peso, y el menor tamaño de los mismos comparado con una fuente lineal es un atractivo muy grande, pero no todo es color de rosa; unos de los grandes problemas de estas fuentes conmutadas (las modificadas y las comerciales) es que debido a la conmutación de la tensión en el primario de la fuente, ocurre la generación de señales de espurias, o sea ruido de RF, que se puede oir en el receptor de radio cuando éste es alimentado por este tipo de fuente. Para tener una idea del nivel de ruido, ver los gráficos de abajo. Ellos muestran los niveles de ruidos generados por las fuentes comerciales (MFJ, Icom, Kenwood, Yaesu e Astron); ese análisis fue realizado por la ARRL, y publicado en la revista QST en Enero del 2000.
Es fácil comprender en este caso que las fuentes de alimentación conmutadas hechas por los fabricantes de equipos de radiocomunicaciones son los que producen más ruido, pero quizá el día de hoy (2010), ellos hayan resuelto el inconveniente o tal vez lo hayan minimizado al máximo posible.
Continuando con la Modificación.
Para que la fuente conmutada de PC pueda ser utilizada para alimentar equipos de radiocomunicaciones, es necesario modificar este tipo de fuente. Esta modificación es resultado del hecho que una fuente conmutada de PC está provista de su regulación principal en la salida de +5 Voltios; y para el uso de un equipo de radiocomunicación de aficionado, esa regulación debe estar en la salida de +12 Voltios, y además modificarlo a 13,8 Voltios. Ese tipo de modificación es relativamente fácil de realizar, pero existen algunos detalles que deben ser observados a fin de obtener una fuente de buena calidad. A tener en cuenta los siguientes detalles:
1) Verificar la potencia real de la fuente; no es porque la fuente sea modelo ATX700, el mismo será de 700 Wattios; pues, no siempre es así. 2) Al encontrar una fuente que tenga la potencia deseada, verificar la calidad de la fuente.
A observar los siguientes parámetros:
A) Tener en cuenta la cantidad y grosores de los cables o conductores de salida de la fuente. B) Verificar cuantas aberturas de ventilación y que disipadores de calor posee la fuente.
Para realizar la modificación no es necesario tener mucho conocimiento de electrónica, pero se debe saber por lo menos:
1) Saber como utilizar un voltímetro o multímetro para hacer las mediciones de tensiones en corriente continua. 2) Habilidad para fabricar bobinas, realizar soldaduras, etc.
Modificando las Fuentes Conmutadas de PC.
Existen dos tipos de modificaciones que pueden ser hechas para alterar las salidas de las fuentes conmutadas como la modificación con diodo zenner y con resistores. La modificación con resistores se verá más adelante. Es recomendable la modificación con resistores porque la modificación con diodo zenner, a pesar de ser simples a primera vista, podría ser incompatible en algunas fuentes, y generalmente en modelos ATX. Si hubiera la necesidad de colocar fuentes en paralelo para montar un grupo de fuentes a fin de proveer la corriente más alta, se recomienda, entonces, la modificación con resistores; pues, ella es más confiable, y también permite el ajuste independiente de cada fuente si es que es necesario.
Un detalle que debe ser tenido en cuenta: muchas fuentes conmutadas de PC, en función de reducción de costo, no cuentan con filtro de entrada (filtro de línea); la función de dicho filtro es la eliminación de las interferencias de radiofrecuencia (RFI). A primera vista, el montaje de ese tipo de fuente no es de buena calidad; es fácil de darse cuenta obviamente; y de ser posible, escoger una fuente de buena calidad y con filtro de línea para eliminar las señales espuriosas. Una mayor reducción de ruidos es colocando capacitores en paralelo con los diodos rectificadores de entrada.
Pues, a empezar entonces; básicamente lo que vamos a hacer aquí es cambiar la referencia de tensión del circuito de control PWM de la fuente. Originariamente, esa referencia se extrae de la parte de +5 Voltios; pues, pues esa es la tensión que requiere de mayor nivel de control. Seguir los pasos de abajo:
1) En las fuentes ATX, identificar el cable verde; el cuál está ubicado en la ficha principal que se conecta a la placa madre de la PC y no lo retire. 2) Localizar la salida de +5 Voltios, y retire casi todos los capacitores electrolíticos dejando uno solo; pues, las aislaciones de esos capacitores suelen ser de 10 voltios generalmente. Siga las pistas el cuál los cables de +5 Voltios estén soldados, y localizar un inductor con núcleo de ferrite de tres o cuatro vueltas de alambre, y retirarlo.
3) En algunas fuentes, no existen ese pequeño inductor; en este caso surge la necesidad de cortar la pista de +5 voltios; luego de que ella saliera del inductor toroidal (después de ello). En la línea de +5 voltios, existe un resistor de bajo valor entre 15 y 22 ohmios conectado entre la fuente de +5 voltios y chasis (GND). La finalidad de ese resistor es de proteger la línea de +5 voltios contra excesos de carga. Retirar dicho componente pasivo, y pasar al punto número 2; luego ir al siguiente punto. 4) Si la fuente en modificación es una ATX, entonces conecte soldando el hilo o cable verde en algún punto de chasis o GND; para el arranque de funcionamiento.
5) Montar el circuito de abajo y conectar conforme a lo indicado.
En muchos artículos; al presentar un proyecto con diodos zenner, lo realizan con los tipos de ½ Wattio, pero en particular, es mejor trabajar con diodos de mayor potencia; pues, en las fuentes ATX, la salida de +5 voltios también alimentan a circuitos de control y protección; y de este modo, la corriente demandada por estos circuitos sobrepasaría la tolerancia del medio wattio. Las conexiones deben ser lo más cortas posibles.
OBS 1: en algunas fuentes ocurren el rechazo del capacitor electrolítico de 100 UF. No se sabe por que ello ocurre, pero si eso sucede vaya reduciendo el valor de los condensador electrolítico hasta que la fuente se comporte normalmente.
OBS 2: una característica del diodo zenner es la necesidad de la menor corriente; de tal manera que, el diodo zenner pueda regular la tensión en forma adecuada. Cuando esa corriente se encuentre por debajo del valor mínimo, el valor de la tensión será menor que lo correcto o deseado. Por este motivo, es necesario precautelar una corriente mínima al diodo zenner de 8,2 voltios; pues, para eso se coloca un resistor de de 150 o 390 ohmios en el lugar del mismo componente de 15 o 22 ohmios que se retira de la pista de la salida de +5 voltios. El valor ideal debe encontrarse seleccionando un resistor con valor tal que al colocar una carga de 2 amperes a la fuente, vaya aumentando de valor del resistor hasta que dejen de ocurrir alteración de tensión en la salida de la fuente
6) A continuación, encender la fuente y verificar la salida de +12 Voltios y masa (GND). La tensión debe ser aproximada a 13,8 voltios. Si al encender la fuente; luego, se prende, y rápidamente se apaga; entonces, verificar si las conexiones están correctas, o si los diodos zenner no entraron en corto. Estando todo correcto, se pasa a la segunda etapa; que es el mejoramiento de la salida de 13,8 voltios.
7) Utilizando los cables que estaban conectados a la salida de 13,8 voltios y masa (GND), vuelva a colocar más hilos conductores o cables cuanto más sea necesario a dicha salida. 8) ensamblar el circuito que se describe allí debajo y montarlo dentro del gabinete de la fuente. Lo mejor sería realizar el montaje de los componentes sobre un circuito impreso universal.
9) El inductor L puede ser montado utilizándose un toroide grande extraído de otra fuente conmutada el cual será enrolladas por quince vueltas bifilarmente lado a lado con hilo de 1,5 milímetros cuadrados o del tipo esmaltado que puede ser aprovechado retirando de algún núcleo o de algún núcleo de fuente chatarra. A falta de este, conseguir una barra de derrite de 5 o 6 centímetros de largo, haciendo de los hilos de cobre esmaltado un enrollamiento bifilar que cubra toda la barra de ferrita. Utilizar cualquier tipo de pegamento o barniz para fijar los hilos de cobre esmaltados y enrollados sobre la barra de ferrite. Lo ideal sería sumergir el barniz, que puede ser el tipo común utilizado para madera, y dejar secar al sol, después colocar un cobertor tipo spaghetti para dar mejor apariencia y protección.
10) F es un fusible de 20 o 30 amperes dependiendo de la capacidad de provisión de la fuente. 11) D1 es una protector adicional contra una posible sobretensión que se activará en caso de que la protección de la fuente no funcione. Utilizar un diodo zenner de 16 o 18 voltios, de 10 wattios preferentemente, o uno de 5 wattios ya funcionará de maravillas.
Modificación de Fuentes Conmutadas de PC
Parte 2
Modificación con Resistores
La modificación de este tipo de fuente utilizando resistores presenta algunas ventajas como: 1) Es prácticamente universal, o sea, que funciona en casi todos los modelos y fabricantes. 2) Permite al experimentador una regulación variable de la tensión de salida. 3) Es más inmune al RF, presentando poco o ningún retorno de radiofrecuencia. 4) Conlleva menos trabajo, y también mantiene la mayoría de los componentes originales de la fuente en la salida de +12 voltios y masa (GND) de la fuente.
Pero como nada es perfecto, también se encuentra con una desventaja: los resistores utilizados se recalientan un poquito; por lo que se recomienda una verificación periódica de dichos componentes pasivos, las soldaduras, etc. Cómo ya sabemos, que los resistores pueden alterar su valor o sufrir desgastes por el calor que allí se produce al paso de la corriente; para eso se debe considerar una buena cantidad en ohmios y en potencia de tolerancia para alcanzar el nivel de corriente y tensión deseados.
Formas de modificar:
1) Abrir el gabinete de la fuente; destornillar del mismo la placa de la fuente; desuelde la entrada de corriente alterna, los cables gruesos negro, blanco y
verde; y también desuelde los diferentes cables de salidas de tensión de la misma fuente. 2) Verifique el filtro de entrada; pues, algunas fuentes no cuentan con este tipo de filtro; pero otras si están provistas de filtros de línea adicionales en la entrada de alimentación de corriente alterna (110 / 220 voltios).
Si la fuente no cuenta con filtro; entonces, se tendrá que colocarlos; las bobinas con enrollamiento toroidal y los capacitares que deben ser de 1 nanofaradio con aislación de 1 KV. El inductor se hace enrollando quince vueltas en forma bifilar sobre la forma toroidal de cualquier tamaño. También se debe colocar dos anillos de ferrite en forma de binocular a los cables conductores negro y blanco (la entrada de alimentación de 110 o 220 voltios). Ver la ilustración de arriba.
Nota: una mayor reducción de ruido se obtiene colocando condensadores en paralelo a los diodos rectificadores. El diagrama de esta implementación se puede observar abajo:
Los componentes en azul son aquellos que son los agregados. En el caso que las fuentes posean filtros de línea, no es necesario el montaje de los capacitares C8 y C9. Las soldaduras de los capacitares deben ser lo más corto posible.
3) Retirar los tornillos que sujetan al disipador de calor y que contienen los diodos rectificadores, también desoldar las terminales de dichos diodos y retirarlos de la placa.
Observar que el diodo de la salida de 12 voltios es el menor. Reemplace el diodo de 12 voltios por el diodo de 3,3 voltios; pues, él soporta una corriente hasta 40 amperes. Retire los demás diodos.
Resuelde el diodo en la placa y coloque de nuevo los tornillos de fijación del disipador de calor. En la placa, existe un sensor de temperatura que está próximo al disipador del diodo de 5 voltios (en la fuente original). Utilizar dos pequeñas terminales metálicas (como extensión del componente) para reposicionarlo próximo "al nuevo" diodo de 12 Voltios.
4) Retirar el inductor toroidal de color verde (el inductor de 3,3 voltios).
5) Seguir la pista de la salida de +5 voltios; el cuál pertenece a los cables de color rojo, retire un pequeño inductor pequeño que allí se encuentra en serie.
6) Retirar un circuito integrado de 8 terminales que se encuentra cerca del circuito integrado, de 16 terminales, que corresponde a la parte de conmutación, y realice una juntura entre las terminales 2 y 3 con soldadura de dicho integrado retirado. Este circuito integrado es el responsable del arranque y monitoreo de las salidas de 5 o 3,3 voltios. 7) Este punto es la parte más difícil de explicar; pues, existe una pista muy próxima al borde de la placa de la fuente que debe ser retirada o cortada. En la mayoría de los modelos, existe una juntura que simplemente puede ser desoldada. Ver foto de abajo:
8) Enrollar un inductor como se ve en la figura de abajo. La cantidad de espira debe ser necesariamente exacta. Se ha realizado pruebas con cantidades de enrollamientos, y entre 10 y 15 vueltas se logra un buen funcionamiento. Se utiliza hilo esmaltado de 1,5 o 2 milímetros cuadrados y se enrolla bifilarmente en una barra de ferrite. Se podría utilizar un núcleo toroidal de alguna otra fuente en el cementerio, pero en ese caso 7 u 8 vueltas ya es lo suficiente. Vea la foto abajo:
9) Resoldar los cables banco, negro, y verde que corresponden a la entrada de alimentación eléctrica (110/220 voltios). Antes de poner; coloque los hilos negros, blancos, y verde; luego también coloque el filtro de línea, y los condensadores así como se describen en la foto de abajo.
A) Para encontrar el valor adecuado de resistores, se debe montar un potenciómetro de alambre de 47 o 50 Ohmios más un resistor de alambre de 22 ohmios cuya tolerancia sea de 5 wattios. No utilizar potenciómetros de carbón porque la corriente que allí circulará es elevada, y fácilmente, se dañará la pista de carbón del mismo potenciómetro.
B) Este conjunto estará conectado inicialmente entre la salida de +12 Voltios y +5 Voltios. Se recomienda un preajuste del conjunto de un valor de 39 Ohmios si el resistor que se encuentra en la salida de +5 voltios es el de 22 Ohmios. Si el resistor es de 33 ohmios, el preajuste sería de 50 ohmios aproximadamente. Ver la figura de abajo:
C) Estando el conjunto instalado, encender la fuente (por medio de un hilo conductor en color verde, se conecta a masa; en caso de ser una fuente ATX). Verificar también si la fuente arranca; si eso no ocurre, apagar o desconectar la fuente y elevar lentamente la resistencia del potenciómetro girando el mismo y encendiendo la fuente nuevamente; este procedimiento se repite, hasta lograr que la fuente se encienda.
D) Esto ocurre cuando cambiamos el punto de referencia de la fuente. Si el juego de resistores no da un valor que proporciona una tensión de 5V donde esto era el principio; en este caso, los sensores o los sistemas de protección interpretarían que es una variación de tensión de la fuente que podrían dañar la misma o los equipos conectados a ella. E) Lo siguiente que se debe hacer es retirar el juego de resistores y potenciómetros una vez hallada el valor el cuál reconoce la referencia del sensor o el sistema de protección (el conjunto de resistor y potenciómetro de 47 y 22 Ohmios), y medir el mismo juego con un ohmetro o multimetro el valor final el cuál la fuente arrancó. Una vez determinado el valor en ohmios del juego de resistores, se coloca una resistencia fija, y con mucha tolerancia en cuanto a potencia, en su lugar. Por ejemplo, si el valor hallado es de 35 Ohmios, se podrá conectar resistores en serie cuya asociación equivalga al valor encontrado como una resistencia de 30 más una de 4,7 ohmios; instalando ese resistor o ese conjunto de resistores en lugar del juego hecho por el potenciómetro y la resistencia fija.
Estando esta etapa concluida; existen dos opciones:
1) Dejar en la forma que está; para aplicaciones más simples, como el uso en alimentadores de motores, autorradios, reproductores de CD y DVD, videocámaras, etc. Para todas estas cosas funcionará a la perfección. 2) Para aplicaciones en radiocomunicaciones o montajes de proyectos caseros mayor a los diez amperes de consumo, se recomienda la instalación de un filtro adicional, más allá de lo que fue una pequeña modificación. En la figura de abajo se podrá encontrar el filtro recomendado (similar al proyecto de modificación con diodos zenner), pero con un cambio del punto de prueba de la tensión de salida. La finalidad de ese cambio o agregado es de compensar la caída de tensión sobre el inductor, cuando la carga de la corriente sea elevada. Eso mejora la regulación de la fuente sobre la carga.
A) El inductor se monta en forma semejante a lo indicado en la página anterior, siendo que todo el conjunto debe ser, preferiblemente, montado en una placa de circuito impreso para una buena resistencia mecánica. B) Los núcleos o anillos de ferrite pueden ser aprovechadas en la extracción de núcleos de bobinas o de anillos toroidales de artefactos del cementerio de chatarras. La finalidad de este es reducir las señales de RF que se infiltrarían por la línea eléctrica domiciliaria de 110 o 220 voltios. C) En caso que se desee el potenciómetro, se podrá dejarlo en el circuito, convirtiéndose así el proyecto en una fuente conmutada variable; pero en el caso que se desee que la tensión sea fija, después de ajustar el potenciómetro para obtener el valor requerido; el mismo debe ser retirado y sustituido por un resistor fijo, preferentemente aquellos hechos de películas metálicas de 2 wattios de tolerancia.
En la figura de abajo, se podrá observar una modificación con resistores de una fuente Gamer de 700 Wattios; recordando que con ese mismo el autor inició este proyecto.
Antes de conectarlo a su equipo, realizar pruebas pertinentes con una carga para pruebas de fuente.
Carga Para Prueba de Fuentes Conmutadas o Lineales.
Uno de los problemas que se enfrenta cuando se realiza el montaje o prueba de una fuente de alimentación, ya sea ésta conmutada o lineal, es la prueba de la misma. La lectura de la tensión de salida con la fuente al vacío o sea sin carga no traerá siempre resultados o mediciones reales. A veces existen perdidas en la capacidad de regulación por debajo de la corriente deseada, fluctuaciones en forma elevada, ruidos, etc.
Los probadores de carga resistiva se caracterizan por el problema de alta disipación, por la necesidad de contar con varios valores de resistores, por la dificultad de obtenerse valores precisos de corriente, etc. Durante mucho tiempo se ha hecho pruebas de fuentes con un arreglo de cargas resistivas de alambre, y el mismo colocado en un recipiente de agua fría para permitir la disipación de calor en pruebas de duración más prolongadas.
Con la finalidad de no complicar la vida de los experimentadores, se presenta abajo el circuito de una carga para prueba de fuentes, que es muy fácil de ser montada, inclusive con materiales disponibles en chatarrerías. La capacidad de corriente depende apenas de la cantidad y características de los transistores utilizados, y también de la capacidad de disipación. Ver diagrama de abajo:
El circuito consiste en un arreglo de transistores donde, donde se aprovecha el trabajo de la franja lineal de conducción. A través del potenciómetro conectado al transistor Q1, se aplica una tensión en la base del transistor TIP41, que en una configuración en forma de Darlington, hace que los transistores Q2 y Q3 conducieran. La función del resistor de 0.1 ohmios en serie con el transistor es proteger contra sobrecargas a los mismos transistores y a la fuente misma también; así también como ofrecer en forma barata y confiable el conocimiento de la capacidad de consumación en cuanto a corriente la fuente pueda entregar. Por medio de un multímetro digital de bajo costo (sirven esos que se compran de las gangas o tiendas de baratijas), se mide la tensión sobre el resistor de 0,1 ohmios y con relación a la ley de ohm (I = V/R) el valor de la tensión puede ser convertido fácilmente en valor de corriente. Por ejemplo; si el multímetro lee una tensión de 1 voltio, se sabrá que la corriente es de 10 amperes. El fusible F1 que se va a emplear en este caso debe ser un poco mayor, a la corriente que va a ser consumida.
Todo el conjunto es montado en un pequeño disipador de calor, con ranuras o aletas sobre los transistores para permitir una buena disipación de calor.
Detalle del montaje del resistor de 0,1 ohmios y también del propio resistor
El resistor utilizado fue del tipo comercial, pero nada impide la utilización de resistores para duchas eléctricas o el montaje en paralelo de diez resistores de 1 ohmio con tolerancia de 5 wattios. Para un montaje utilizando los transistores 2N3055, el circuito necesita de cuatro resistores para la compensación del factor de trabajo de los mismos transistores; ver el diagrama de abajo:
Implementación del Modo de Carga Pulsante.
Circuito oscilador con 555. Clásico de clásicos.
La frecuencia de pulsos se puede ajustar por la resistencia variable de 100K. Se debe proveer al circuito integrado una alimentación de +12 Voltios; en algunos casos depende del fabricante del 555; puede ser necesario colocar un capacitor cerámico de 10Kpf en la línea de alimentación para eliminar el efecto residual de RF que puede perjudicar el funcionamiento del oscilador. Cabe destacar que cuando esté esta en el modo de pulsación, la corriente de carga irá a variar de corriente desde cero hasta el máximo de carga determinado por el ajuste del potenciómetro de carga. Se recomienda primero se realice en el modo continuo, y luego, en el modo pulsante.