Arreglo: Fuente ATX

Fuente ATX con puente para encenderla

Reparación de una fuente de alimentación ATX que previamente tenía fallos aleatorios. Unas veces arrancaba el ordenador a la primera, otras veces había que darle al botón cuatro o cinco veces, otras había que dejarlo unas horas apagado para que volviera a encender y después volvía a arrancar a la primera. Así hasta que finalmente no arrancó más.

La fuente se cambió en su día por otra nueva, pero al ser una buena fuente, y a que poseo otra igual con cerca de 12 años en las que no me ha falla nunca, decidí intentar repararla.

Antes de nada me gustaría recordar el tema de la seguridad, ya que trabajar con este tipo de fuentes es peligroso y se corre peligro letal, por lo que si no se tienen ciertos conocimientos, mejor no intentar repararla.

Dejo un enlace al artículo anterior sobre seguridad eléctrica para más detalles sobre las medidas de seguridad utilizadas.

Primero se enciende la fuente mediante el puenteo de su cable verde con uno a masa como se ve en la imagen superior (mediante el cable amarillo). Y viendo que el ventilador se enciende y que aparecen voltajes correctos sin ninguna carga, se procede a probar de forma independiente los distintos raíles.

Medición 4 Wire

La medición se realiza de forma independiente justo a la salida del cable de la fuente.

Prueba 5V

El raíl de 5V baja a 4.8V al exigirle 5A y no debería bajar tanto, ya que puede proporcionar mucho más amperaje.

Prueba 12V

El de 12V baja a 11.88V con 5A. También está un poco bajo.

Consumo de la fuente

Se comprueba el consumo total de la fuente: 79W cuando se utiliza una carga de unos 60W. Con lo que se puede hacer una idea de la eficiencia y de si existe un consumo excesivo.

Consumo sin carga

El consumo de la fuente sin tener nada conectado es de 9W.

Prueba 3.3V

El raíl de 3.3V es uno de los que más amperios puede proporcionar pero baja a 2.48V con tan solo 300 mA. Claramente hay un problema.

Corte de la fuente

Se le exigen 400 mA y la fuente corta instantáneamente todos sus salidas.

Especificaciones

Podemos ver en las especificaciones que el raíl de 3.3V soporta hasta 32A. Y que existen uno 5V, dos de 12V, uno de -12V y otro de 5Vsb que se utiliza para alimentar parte de la circuitería y al teclado y ratón cuando la fuente principal está apagada. Este raíl, mientras esté la fuente conectada a la toma de red, está encendido.

Se siguen probando los distintos raíles y el de -12V corta la fuente con tan solo 10 mA. Y el de 5Vsb baja su tensión a 2.5V con 500mA de carga y a 1.27V con 1A. Por lo que estos raíles junto con el de 3.3V tiene algún problema. Y dado que los de 12V y 5V parecen funcionar, se descartan problemas con algunos de los componentes como el transformador, diodos de rectificación, circuito de arranque (start-up), etc...

Por lo que se abre la fuente en busca del sospechoso más habitual, el condensador, sobre todo los de la salida que son los que más sufren.

Interior de la fuente (vista superior)

Placa de la fuente (parte superior)

Como se ve, es bastante compacta. El condensador grande de la izquierda está conectado primario del transformador y a la red eléctrica, mientras que los de la derecha van conectados al secundario del transformador.

Placa de la fuente (parte inferior)

Se puede ver claramente la separación entre la parte del primario y la del secundario del transformador. A la derecha tenemos el peligroso voltaje de 340VDC y a la izquierda los diferentes voltajes del secundario (varían entre los 20V y los 6V si no recuerdo mal, y hay voltajes negativos. -15V) en AC que se rectifican y se filtran para obtener los voltajes finales en DC.

Detalle de los condensadores de salida

No parece haber ninguno con signos de falla entre los de la salida.

Condensador abultado

Pero en el lateral hay un condensador abultado en su parte superior, seguro que está mal. Se trata del perteneciente al raíl de 5Vsb.

Condensadores extraídos

Se desueldan todos los condensadores conectados a los raíles de salida.

Midiendo un condensador de 1000 micro faradios

Datos del medidor LCR

Como se observa en la imagen, el condensador de 1000 micros tiene solo 75 y su valor de resistencia interna en serie (ESR) que debería de rondar los 0.1 ohmios, es de casi 30. Está totalmente dañado y esta resistencia puede hacer que baje la tensión, y su falta en capacitancia puede limitar severamente el paso de corriente. Y así encontré casi la mitad, por lo que decido cambiar todos los condensadores y pedir condensadores japoneses de calidad, para no tener que preocuparme más de ellos.

Nuevos condensadores

Nuevos condensadores

Los condensadores los tuve que pedir un poco más grandes ya que no había de del mismo diámetro con la misma capacidad, así que están elevados un poco de la placa y puestos un poco en zigzag para caber en el espacio disponible. Y se han sujetado firmemente con cola caliente de alta temperatura.

Llegados a este punto esperaba que ya estuviera arreglada la fuente, pero nada de eso, seguía cortando la corriente con 300 mA en el rail de 3.3V y las tensiones sin carga eran las mismas. La única diferencia era que el raíl de 5Vsb ahora mantenía 4.9V a 1A mientras que antes bajaba a 1.27V. Estaba claro que alguna otra cosa tenía que estar fallando con lo que empecé a comprobar los distintos circuitos integrados a ver si estaba el fallo por ahí.

Decir que las fuentes conmutadas actuales son bastante complicadas y muchas veces no se consiguen reparar o simplemente no merece la pena invertir tanto tiempo, ya que la mano de obra sería más cara que la propia fuente. Pero como era para mí y tenía tiempo, pues a comprobar.

Si se quiere saber un poco más sobre estas fuentes, en el siguiente artículo (en inglés) se explican muy bien de forma resumida las distintas topologías de las fuentes conmutadas.

Referencia de precisión

Los primeros integrados que comprobé fueron: la referencia de precisión, que fija el voltaje de referencia para los comparadores de voltaje y otros integrados.

Controlador PWM

El controlador de corriente por PWM que se encarga de ajustar los voltajes en el primario según la carga en el secundario para mantener el voltaje estable.

Comprobando señal PWM

Señal sin carga

Como se ve en la imagen superior, sin ninguna carga conectada el ancho de pulso de la señal es de apenas un 2%.

Señal con carga

Si activamos la carga con 2A la el ancho de la señal aumenta a un 20% aproximadamente. Por lo que funciona correctamente.

Integrado encargado de las protecciones

El integrado PS223 se encarga de proteger la fuente contra subidas y bajadas de tensión, así como exceso de corriente y de temperatura. Por lo empecé a sospechar de que un fallo en la lectura correcta de la corriente o voltaje en las salidas pudiera ocasionar el corte prematuro de la fuente.

Datasheet PS223

Encontré el datasheet (hoja de especificaciones) del integrado, y como se ve en la imagen realicé ciertas medidas para comprobar las resistencias y voltajes que llegaban los pines del integrado, pero no está conectado exactamente como en el circuito de la imagen. También encontré una imagen con el esquema de una fuente que utiliza el mismo integrado, y se puede ver como está conectado y si se asemeja al que tiene la fuente a reparar. Es el más parecido que he pude encontrar, también utiliza tres opto-acopladores con lo que ayuda un poco al tratar de comprender su funcionamiento.

Esquema de medición de corriente

Después de otro rato haciendo ingeniería inversa del circuito, obtengo el esquema superior en el que se ve como está conectado el integrado para medir la corriente del raíl de 3.3V. No utiliza una resistencia como se dice en el datasheet, sino que utiliza la resistencia de la propia inductancia de filtrado de la salida para medirla.

No parece haber nada defectuoso, pero los voltajes a la entrada de los pines son los que indican los límites de corriente y voltaje, y no tengo ni idea de cuales son los correctos. Y teniendo toda una serie de circuitería analógica antes de los pines para adecuar la tensión lo único que se me ocurrió fue cambiar el valor de algunas resistencias y hacer pruebas para ver si cambiaba el límite de corte.

Pasaron un par de días intentando sacar el esquema de la parte analógica y haciendo más pruebas, pero seguía sin funcional correctamente. Conseguía cambiar el limite pero extrañamente bajaba en alguno de los otros raíles. Con lo que me quedó claro que no se utilizaba el integrado exactamente para lo que lo habían diseñado. La circuitería analógica añadía algún tipo de protección cambiando los voltajes a la entrada del integrado.

Sabiendo lo anterior y que no podía saber en cuando cambiaban los límites de corriente al sustituir el valor de las resistencias, las desoldé y volví a colocar originales. Y me acordé de que en el datasheet del PS223 se indicaba que era para 4 raíles, con lo que no podía monitorizar todos los raíles, en concreto no había entrada para el de -12V, con lo que seguí las pistas conectadas al mismo y vi que tras algunas resistencias y un transistor, estaba conectado al pin de monitoreo del raíl de 3.3V. Al producirse algún cambio en el rail de -12V que exceda sus límites originaba la puesta a masa del raíl de 3.3V mediante un transistor, con lo que apagaba la fuente por completo.

En este punto vi algo de luz, seguramente todos los raíles están conectados de forma parecida, de manera que si había diferencias entre las tensiones o corrientes de los distintos raíles, esto podría indicar un comportamiento anómalo incluso si ningún raíl excedía sus límites, y la circuitería analógica se encargaba de modificar los voltajes para hacer saltar la protección del PS223.

Había leído por algún sitio que algunas fuentes de alimentación necesitaban carga para funcionar, pero suponía que como otras, al no tener carga no encienden pero no que funcionaran de forma anómala. No se si es muy frecuente este caso o es por esa circuitería extra que intenta dar protección adicional a la del integrado.

Conectando resistencias a varios raíles

Lo único que tenía aparte de la carga electrónica eran un par de resistencias, una de 10 ohmios y otra de 100.

Al conectar la de 10 en el raíl de 5V (2,5W) y la de 100 en el de 12V (1.4W) el raíl de 3.3V seguía cortando la salida pero esta vez con 900 mA en vez de 300 mA.

Intercambié las resistencias y con la de 10 ohmios en el raíl de 12V (14W) y la de 100 en el de 5V (250mW) el raíl de 3.3V funcionaba correctamente con 2.5A y bajaba ligeramente a 3.16V con 6A. Pero al ser solo en un cable es habitual, ya que normalmente se utilizan varios en paralelo, con lo que la carga va más repartida y no baja tanto la tensión.

Midiendo justo a la salida

Para comprobar que el circuito regulaba correctamente, conecté el multímetro justo en la salida del raíl de 3.3V.

Carga a 2.5A

Le conecté la carga a 2.5A (el voltaje no es correcto en la carga electrónica ya que no se están utilizando los terminales para sensado y se origina una caíada en los cables de la carga y en los de la fuente.

Medida en el raíl de 3.3V

Como se ve en la imagen, la tensión en la salida es correcta. Con lo que parece ser que el único fallo que tenía la fuente era el de los condensadores. Y se han perdido días intentando arreglar ese comportamiento a primera vista anómalo. Lo bueno es que uno aprende bastante en el proceso.

Para estar seguro conecté la fuente a un ordenador con tres discos duros, un lector de cds y una gráfica externa.

Pruebas finales

Después de varias horas corriendo un programa de benchmarking para aumentar el consumo del ordenador, no dio ningún problema. Con lo que la doy finalmente por reparada. Eso sí, para otra vez si se me ocurre volver a intentar reparar una fuente de este tipo :-) , tendré que tener alguna carga que pruebe todos los raíles a la vez.

Lo más sencillo y barato que se me viene a la cabeza para una carga de ese tipo, es una caja donde conectar el conector ATX y poder conectar también varios sata y conectores molex, enganchando a cada raíl bombillas incandescentes, como las de los coches, y poder seleccionar el número de bombillas en cada raíl con algún conmutador o con con relés. De esta forma se puede elegir la potencia a disipar y si se quiere saber la tensión y corriente de cada raíl sin estar midiendo, se puede poner en cada uno el típico medidor chino con pantalla que mide tensión y corriente, que es bastante barato.