Nossa Metodologia de Testes de Fontes de Alimentação
Por Gabriel Torres em 24 de junho de 2009

Introdução

Nós fomos uns dos primeiros sites especializados em hardware a alertar aos usuários que a grande maioria dos testes de fontes de alimentação publicados na Internet e em revistas ditas “especializadas” estavam errados. Se você quer entender o porque, leia nosso tutorial Porque 99% dos Testes de Fontes de Alimentação Estão Errados. Esta leitura é recomendada para entender porque adotamos a metodologia descrita neste artigo.

Nós cobrimos os seguintes aspectos em nossos testes de fontes de alimentação:

• Nós desmontamos completamente a fonte de alimentação para uma análise aprofundada da sua arquitetura; 
• Testes de carga para ver se a fonte de alimentação é capaz de fornecer sua potência rotulada e se ela pode fornecer mais potência do que a rotulada;
• Testes das proteções da fonte para ver se as proteções tais como sobre corrente, sobre potência e curto-circuito estão funcionando corretamente;
• Teste de ruído elétrico para ver quão limpa está a tensão de cada saída da fonte de alimentação;
• Teste de eficiência para ver a quantidade de energia que é desperdiçada pela fonte de alimentação;
• Teste de estabilidade para ver se existe alguma flutuação de tensão na fonte de alimentação;
• Medidas do fator de potência para testar a eficiência do circuito PFC (correção do fator de potência) da fonte (válido somente para testes publicados após 23/06/2009);
• Medição de temperatura.

Nós explicaremos em detalhes cada um desses testes, a metodologia que estaremos usando com cada um deles, nosso critério para rotular se uma fonte é “boa” ou “ruim” e os equipamentos que usaremos.

A ideia deste artigo é ser uma referência para todos os testes de fontes de alimentação e, dessa forma, não precisarmos explicar novamente nossa metodologia a cada novo teste.

Testador de Carga

O coração do nossos testes é o testador de carga, também conhecido como ATE (Automatic Test Equipment ou, em português, Equipamento de Teste Automático), um SunMoon SM-268, que pode ser visto nas Figuras 1, 2 e 3. A função básica deste equipamento é extrair a potência máxima possível da fonte de alimentação testada, mas esta máquina faz muito mais do que isto, como explicaremos.

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Figura 1: SunMoon SM-268.

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Figura 2: SunMoon SM-268.

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Figura 3: SunMoon SM-268.

Este testador de carga nos permite programar cinco padrões diferentes de carga, chamado l1 a l5 (veja esses botões na Figura 3). Para cada padrão de carga nós podemos configurar a corrente que o testador extrairá de cada saída individual da fonte de alimentação (+12V, +5V, +5VSB, +3,3 V e -12 V, que na máquina são chamados VA até VF; VG e VH não são usadas – veja no visor da Figura 1).

Aqui é importante explicarmos algo antes que alguém fique confuso em relação a nossos testes. Este equipamento tem duas entradas separadas de +12 V, rotuladas como +12V1 e +12V2, que não necessariamente se referem aos múltiplos barramentos virtuais da fonte de alimentação (+12V1, +12V2, +12V3, etc). Todos os plugues que fornecem +12V (principalmente o conector de alimentação principal da placa-mãe, conectores de alimentação dos periféricos, conector de alimentação da placa de vídeo e conector EPS12V/ATX12V) são conectados na entrada +12V1 da máquina. A segunda entrada é conectada apenas ao segundo conector ESP12V/ATX12V disponível.

Ao testarmos fontes de alimentação com um único barramento não precisamos nos preocupar muito como iremos conectar todos os plugues. Nas fontes de alimentação com múltiplos barramentos, no entanto, nós precisamos pensar sobre a distribuição da carga, já que a máquina tem apenas duas entradas de +12V e a fonte de alimentação pode ter mais de dois barramentos de +12V. O que basicamente faremos é conectarmos o plugue EPS12V ou ATX12V que estiver conectado em um barramento individual na entrada +12V2 e todo o resto na entrada +12V1, colocando esta entrada para puxar mais corrente. Isto deverá funcionar bem já que a corrente seria dividida totalmente entre os vários conectores (segunda lei de Kirchoff).

Em testes de fontes de alimentação com múltiplos barramentos nós teremos que explicar como a fonte foi conectada ao testador de carga.

Portanto o primeiro passo é programar o testador de carga com a corrente (e consequentemente a potência, já que a potência é dada multiplicando a corrente pela tensão de cada saída) que nós queremos extrair de cada saída. Isto dependerá de cada fonte de alimentação, já que cada fonte tem suas próprias especificações.

Em nossa metodologia nós decidimos fazer seis testes de carga. Primeiro testaremos a fonte de alimentação com 20%, 40%, 60%, 80% e 100% da sua potência rotulada. Então nós tentaremos ver qual é a potência máxima que a fonte é capaz de fornecer, já que boas fontes de alimentação podem fornecer mais potência do que a rotulada. Todas as seis cargas serão extraídas da fonte imediatamente, o que significa que em nossa metodologia a fonte de alimentação tem de ser capaz de fornecer essas cargas logo em que for ligada.

Vamos dar um exemplo para esclarecer. Suponhamos que estamos testando uma fonte de alimentação de 500 W. Nós conduziremos os testes completos com 20% da carga (100 W), 40% da carga (200 W), 60% da carga (300 W), 80% da carga (400 W) e 100% da carga (500 W). Então verificaremos qual é a potência máxima que esta fonte de alimentação pode fornecer assim que é ligada.

Em nossos testes vamos concentrar a carga na linha de 12 V, especialmente nas fontes de alta potência (acima de 500 W), de modo a refletir o uso típico de uma fonte de alimentação hoje, pois os conectores ATX12V e EPS12V e os conectores para placas de vídeo possuem somente alimentação de 12 V. Desta forma, em um PC de alto desempenho a maior parte da potência estará sendo puxada pelas saídas de 12 V.

Todos os nossos testes de carga serão conduzidos em uma temperatura ambiente entre 45°C e 50°C. Este é um aspecto muito importante de nossos testes. A capacidade dos semicondutores de fornecerem corrente (e consequentemente potência) diminui com a temperatura, um fenômeno em inglês chamado de-rating (clique aqui para aprender mais sobre este assunto). Muitas fontes de alimentação são rotulada a 25°C, uma temperatura que é muito baixa e impossível de ser obtida dentro do computador. Por causa disto muitas fontes que são rotuladas a 25°C não conseguem fornecer a potência rotulada quando usada no mundo real. Nós falaremos mais sobre temperatura adiante.

Por causa da diferença entre nossa metodologia e a metodologia usada por alguns fabricantes caso uma dada fonte de alimentação não passe em nossos testes de carga isso não significa necessariamente que ela seja ruim. Por exemplo, se descobrirmos que uma dada fonte de alimentação de 600 W pode fornecer apenas 520 W, isto não significa necessariamente que esta fonte seja ruim; dependendo de outros fatores ela pode ser considerada um bom modelo de 520 W – desde que o usuário saiba que ele está comprando uma fonte que no mundo real fornece menos potência do que a rotulada. Claro que se a fonte está rotulada como 600 W e ela pode fornecer apenas 200 W então a história é completamente diferente...

O testador de carga testa muito mais coisas além de verificar se a fonte de alimentação pode fornecer sua potência rotulada. Ao pressionar um botão em seu painel nós podemos ver imediatamente se as tensões estão dentro da faixa correta, ou seja, se as saída estão estáveis. O equipamento não apenas mostra a tensão atual para cada saída, mas também mostra um alerta toda vez que alguma saída está fora da faixa programada.

Em nossos testes em vez de listarmos as tensões de cada saída durante cada teste de carga, nós simplesmente falaremos se a fonte de alimentação passou ou não no teste de estabilidade de tensão; se a fonte de alimentação falhar, então nós reportaremos os valores e falaremos sobre eles. Durante nossos testes nós usaremos uma margem de tolerância de 3% para cada saída, discriminada na tabela abaixo. Esta margem é menor que a tolerância padrão de 5% (ver segunda tabela abaixo), ou seja, estaremos usando uma tolerância menor do que o normal. Isso nos ajudará a qualificar a estabilidade da fonte: se todas as saídas estiverem dentro de uma margem de 3% da tensão nominal, isto significa que estamos diante de uma excelente fonte. Se elas estiverem acima de 3% mas abaixo de 5%, isso significa que a fonte é uma boa fonte, mas poderia ter uma estabilidade ainda melhor. E se estiver fora da margem de 5% estamos obviamente diante de uma fonte muito ruim, que pode inclusive danificar o seu equipamento.

Saída	Tensão Mínima (3%)	Tensão Máxima (3%)
+12 V	11,64 V	12,36 V
+5 V e +5VSB	4,85 V	5,15 V
+3,3 V	3,20 V	3,40 V
-12 V	-12,36 V	-11,64 V

Saída	Tensão Mínima (5%)	Tensão Máxima (5%)
+12 V	11,4 V	12,6 V
+5 V e +5VSB	4,75 V	5,25 V
+3,3 V	3,135 V	3,465 V
-12 V	-12,6 V	-11,4 V

Com o testador de carga nós podemos ainda testar algumas proteções da fonte de alimentação. Durante nossos testes nós automaticamente testamos duas delas: sobrecarga de corrente e sobrecarga de potência. O testador de carga também oferece testes de curto-circuito para as saídas de +12V e +5V simplesmente pressionando um botão. Claro que também testaremos este recurso.

Há um "problema" com o nosso testador de carga e que precisamos explicar. Cada uma de suas entradas de +12 V está limitada a 33 A, significando que o máximo que podemos puxar das saídas de +12 V com este testador de carga é 792 W (33 A x 2 x 12). Isto faz com que a nossa configuração não seja adequada para o teste de fontes acima de 900 W. Fontes entre 900 W e 1.000 W podem ser testadas, puxando mais potência das saídas de +5 V e +3,3 V, condição que não gostamos pois tentamos concentrar a potência sendo puxada na fonte nas saídas de +12 V, conforme explicado anteriormente.

Ruído Elétrico

As saídas da fonte de alimentação não são perfeitamente contínuas: há pequenas oscilações chamadas ripple e no topo dessas oscilações nós temos alguns picos, chamado ruído. Nós precisamos ver se o ripple e o ruído estão dentro das especificações: 120 mV para as saídas de 12 V e 50 mV para as saídas de 5 V e 3,3 V. Esses números são tensões de pico-a-pico e quanto menor o valor, melhor. Isto é algo que os multímetros não detectam e esta é uma das muitas razões pelas quais testes baseados apenas em multímetros não são confiáveis. Para medir o ripple e o ruído nós usaremos um osciloscópio.

Como o ripple e o ruído não estão na faixa dos MHz nós podemos usar um osciloscópio barato baseado em PC e em nosso caso nós compramos um Stingray DS1M12 da USB Instruments. Este equipamento é simplesmente um conversor de analógico/digital com um programa que coleta os dados enviados pelo conversor e coloca os dados em gráfico na tela.

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Figura 4: Osciloscópio baseado em PC Stingray.

Nosso testador de carga tem um conector BNC para a instalação de um osciloscópio, permitindo-nos monitorar qualquer uma das saídas da fonte de alimentação (existe uma chave onde podemos escolher qual saída queremos monitorar). Durante nossos testes monitoraremos cada saída da fonte de alimentação para cada padrão de carga. Se elas estiverem dentro da faixa apropriada (120 mVpp para 12 V e 50 mVpp para 5V e 3,3V) nós falaremos apenas que a fonte de alimentação passou nos testes de ruído elétrico e ripple, mas se a fonte de alimentação falhar ou se o ruído estiver muito próximo do limite, nós então apresentaremos os valores e uma tela capturada do osciloscópio. Sempre que possível tentaremos discutir em detalhes como ficou o ruído com a fonte em sua carga máxima, pois é neste cenário que normalmente encontramos o maior nível de ruído.

Na Figura 5 você pode ver um exemplo da saída apresentada pelo osciloscópio Stingray. Aqui nós estávamos monitorando o ruído da saída de +12V de uma fonte de alimentação e como nós estávamos usando a escala 0,01V/div (ou seja, a distância entre cada linha horizontal representa 0,01 V ou 10 mV) a tensão de pico-a-pico está um mouco acima de 20 mV, bem abaixo do ruído máximo admissível – o que é excelente, diga-se de passagem. Para maior praticidade o programa diz de forma numérica a tensão de pico-a-pico, a tensão RMS e a frequência do ruído (Figura 6).

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Figura 5: Saída do osciloscópio.

Figura 6: Medição dos dados pelo programa do osciloscópio.

Uma nota final. A especificação ATX12V diz que o ripple e o ruído devem ser medidos com um capacitor cerâmico de 0,1 µF e um capacitor eletrolítico de 10 µF presos na ponta de provas do osciloscópio. Nosso testador de carga tem esses capacitores atrás do seu painel, portanto nós não precisamos adicioná-los. Esta é outra vantagem de se ter um testador de carga profissional.

Teste de Eficiência

Para cada teste de carga nós mediremos a eficiência. Eficiência é a quantidade de energia que a fonte de alimentação gasta no processo de converter a corrente alternada em corrente contínua. Por exemplo, se uma dada fonte de alimentação está fornecendo 500 W em suas saídas mas está extraindo 650 W da rede elétrica, isto significa que a fonte de alimentação está desperdiçando 150 W. O problema com esta energia desperdiçada é que você está pagando por ela, apesar de ela não está sendo utilizada!

Neste exemplo, esta fonte de alimentação teria uma eficiência de 77% (500 W/650W). Boas fontes de alimentação têm uma eficiência de pelo menos 80%. Quando maior este número, melhor, já que menor será sua conta de energia.

Medir a eficiência é fácil. Para cada teste de carga nós sabemos a potência que a fonte de alimentação está fornecendo, pois este número é mostrado em nosso testador de carga (este valor é publicado em nossos testes na linha "Total"). Nós também sabemos o quanto a fonte está puxando da rede elétrica, valor publicado como "potência AC" em nossos testes. A eficiência é calculada dividindo-se o valor da potência CC pelo valor da potência AC.

A potência AC é medida por um wattímetro digital de precisão GWInstek GPM-8212. Este é um instrumento extremamente caro, pois apresenta uma precisão de 0,2%, valor impossível de ser encontrado em produtos mais baratos. É importante notar que compramos este equipamento em junho de 2009 e antes nós usávamos um wattímetro da Brand Electronics modelo 4-1850, que não é tão preciso. A potência medida pelo modelo da Brand Electronics dá valores maiores, fazendo com que os valores de eficiência sejam mais elevados do que deveriam ser. Em outras palavras, os valores de eficiência publicados antes de 23/06/2009 são um pouco maiores do que deveriam e você deve ter isto em mente ao comparar novos testes aos testes já publicados. Nós estamos re-testando várias fontes, mas não vai ser possível corrigir todos os testes.

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Figura 7: Wattímetro digital de precisão GWInstek GPM-8212.

Outra vantagem deste equipamento comparado a soluções mais baratas é que ele permite ser calibrado através do PC, portanto de tempos em tempos nós podemos recalibrá-lo para termos certeza que ele continua preciso.

Este instrumento também mede a tensão CA e o fator de potência e nós estamos adicionando estas informações aos testes publicados após a sua aquisição. Fator de potência é igual a energia ativa dividida pela energia aparente e é um número entre 0 e 1. Quanto mais próximo este número estiver de 1, melhor. Este resultado mede a eficiência do circuito de correção do fator de potência (PFC) da fonte. Clique aqui para entender mais sobre este assunto.

Temperatura

Como já explicamos, a temperatura é um aspecto muito importante em verdadeiros testes de fontes de alimentação, já que semicondutores perdem sua capacidade de fornecer corrente (e consequentemente potência) à medida que a temperatura aumenta.

Vários fabricantes de fontes de alimentação rotulam seus produtos a 25° C, que é uma temperatura irreal. Dentro do computador a temperatura é muito maior do que isto. Por isso nós conduziremos nossos testes com uma temperatura ambiente entre 45° C e 50° C.

Nós medimos temperatura com o auxílio de um termômetro digital de precisão Fluke 52 II, que possui precisão de 0,05% + 0,3° C. Nós compramos este instrumento em maio de 2009 e em testes publicados antes desta data nós usamos um termômetro CompuNurse, que não é tão preciso (e é por isso que o termômetro da Fluke custa mais do que US$ 200 e o CompuNurse custa menos de US$ 20). Este termômetro possui dois sensores. Um é usado para medir a temperatura dentro da nossa câmara térmica, enquanto que o outro é usado para medir a temperatura na superfície da fonte sendo testada, sendo instalado no lado superior da fonte.

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Figura 8: Termômetro digital de precisão Fluke 50 II.

Em vez de comprarmos uma câmara térmica (também conhecida como “incubadora” ) - que nos permitira configurar a temperatura exata em que queremos que a fonte de alimentação trabalhe - nós decidimos criar a nossa própria câmara térmica. O objetivo desta câmara térmica é manter a temperatura ao redor da fonte de alimentação entre 45° C e 50° C. Para aumentar a temperatura dentro da nossa câmara térmica nós instalamos um duto conectando a saída do sistema de exaustão do nosso testador de carga (que expulsa ar quente do aparelho) à nossa câmara. Nós construímos esta câmara em MDF em 23/06/2009. Em testes publicados antes desta data nós usamos uma caixa de papelão (caixa do nosso receiver de home theater da Sony) que, apesar da aparência amadora, funcionava muito bem.

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Figura 9: Nossa câmara térmica.

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Figura 10: Duto conectando o sistema de exaustão do testador de carga à câmara térmica.

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Figura 11: Localização do sensor do termômetro.

Perto da nossa câmara térmica nós mantemos um extintor de incêndio classe ABC de 2 Kg (não mostrado na foto) para qualquer eventualidade.

Antes de nossos testes nós deixamos a fonte de alimentação trabalhando até que a temperatura interna da câmara chegue a pelo menos 45°C. Nós podemos aumentar ou diminuir a temperatura dentro da câmara abrindo ou fechando a sua porta frontal de acrílico. Nós também instalamos uma ventoinha de 110 V conectada a um dimmer para ajudar no controle da temperatura interna da caixa.

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Figura 12: Ventoinha e dimmer.

Algumas pessoas podem argumentar que poderíamos instalar a fonte dentro de um gabinete. Na verdade esta não é uma boa opção por vários motivos. Primeiro, a comprimento dos cabos da fonte de alimentação não nos permite fazer isto. Segundo, nós precisaríamos manter o gabinete aberto para instalarmos os cabos da fonte de alimentação no testador de carga. Terceiro, nós precisaríamos ter um computador trabalhando dentro do gabinete de modo a gerar uma quantidade de calor compatível com o produzido por um micro real, e isto seria impossível de se obter já que precisaríamos de outra fonte de alimentação para alimentar o micro – e onde deveríamos instalá-la? Portanto nós precisaríamos manter o gabinete aberto para usar esta segunda fonte e como o gabinete está aberto, toda a ideia de usar o gabinete de um micro iria por água a baixo (nós precisaríamos do gabinete fechado para realmente simular um PC típico).

Na verdade mesmo usando uma câmara térmica comercial nós enfrentaríamos alguns dos desafios expostos acima: o comprimento dos cabos da fonte e também precisaríamos abrir um buraco na câmara para passarmos os cabos da fonte para o testador de carga.

Fotos da Bancada de Testes

Abaixo postamos duas fotos da nossa bancada de testes de fontes de alimentação com todos os equipamentos prontos para iniciarmos um teste.

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Figura 13: Bancada de testes.

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Figura 14: Bancada de testes.

“Problemas” Conhecidos em Nossa Metodologia

Aqui estão algumas coisas que as pessoas podem criticar em nossa metodologia, mas mesmo com essas críticas nós estamos muito confiantes que estamos usando uma boa metodologia:

• Nosso testador de carga é limitado em 33 A em cada entrada de +12 V, significando que só conseguimos puxar até 792 W das saídas de +12 V da fonte. Isso faz com que sejamos capazes de testar fontes de até 900 W, somente. Fontes acima de 900 W podem ser testadas, porém puxando mais corrente de +5 V e +3,3 V em vez de +12 V.
• Nós não testaremos a fonte de alimentação instalada em um PC típico. Nós testaremos ela exclusivamente com nosso testador de carga. Nós achamos que esta é a melhor abordagem.
• Nós não medimos o nível de ruído acústico, mas provavelmente mudaremos isso no futuro, pois compramos um decibelímetro. O principal desafio é que anular o ruído gerado pelos equipamentos de teste, especialmente do testador de carga.
• Nós não estamos usando qualquer tipo de condicionador ou simulador de rede CA. Nós já vimos um site chegar ao extremo de simular picos em uma rede elétrica para ver como a fonte de alimentação reage. Nós achamos que isto já é demais.

A propósito se você quiser comparar nossa metodologia com a usada por outros sites, aqui está uma lista de suas metodologias:

• AnandTech (EUA)
• CanardPC (Canada)
• HardwareHeaven (Reino Unido)
• Extreme Overclocking (EUA)
• HardOCP (EUA)
• HardwareLogic (EUA)
• Hardware Secrets (EUA)
• JonnyGURU (EUA)
• Overclock3D (Reino Unido)
• PC-Experience (Alemanha)
• PC-Max (Alemanha)
• PC Perspective (EUA)
• Planet3dnow (Alemanha)
• SPCR (Canadá)
• Sweclockers (Suécia)
• Technic3D (Alemanha)
• TheLab.gr (Grécia)
• The Tech Report (EUA)
• Tom’s Hardware Guide (eles não publicaram novos testes de fontes de alimentação nos últimos 3 anos) (Sede na França)
• VR-Zone (Singapura)
• X-bit labs (EUA)

Se você souber de qualquer outro site que usa um testador de carga para testar fontes de alimentação por favor nos avise para que possamos incluí-lo em nossa lista. Esta é pequena porque, como sempre dizemos, 99% dos testes de fontes de alimentação estão errados.

Quanto Investimos Até o Momento

A maioria das publicações não possui uma metodologia decente para testes de fontes por dois motivos. O primeiro é a falta de conhecimento técnico. E o segundo é não quererem investir dinheiro para a montagem de um laboratório decente. Nós decidimos publicar o quanto nós já investimos até o momento de forma detalhada, para que você tenha ideia do comprometimento que nós temos em testar fontes de alimentação para trazer a você informações verdadeiras do desempenho desses componentes.

Os custos abaixo estão em dólares porque o nosso laboratório está localizado nos Estados Unidos. Eu (Gabriel Torres) me mudei para os EUA em 2007 e um dos principais motivos foi fugir do famigerado "custo Brasil" e impostos de importação, que estavam inviabilizando testes de equipamentos e a aquisição dos instrumentos abaixo. Se ainda estivesse no Brasil, além da burocracia que faria ser quase impossível importarmos os equipamentos abaixo (especialmente o testador de carga), os equipamentos abaixo custariam pelo menos o dobro devido aos impostos e demais custos.

Nós não estamos incluindo o custo de itens como solda, ferramentas como chaves de fendas, o computador necessário para usar o osciloscópio, etc. Esperamos que esta lista também ajude outras publicações a montarem seus próprios laboratórios. Só não se esqueçam de mencionar quem ajudou!

Equipamento	Custo	Obs
Testador de carga SunMoon SM-268	US$ 2.500,00
Wattímetro GWInstek GPM-8212R	US$ 761,37
Termômetro Fluke 52 II	US$ 228,65
Osciloscópio Stingray DS1M12	US$ 226,91
Osciloscópio Stingray DS1M12	US$ 226,91	Backup
Pistola de Dessolda Hakko 808	US$ 201,38
Wattímetro Brand Electronics 4-1850	US$ 149,42	Aposentado
Decibelímetro	US$ 99,90	Ainda não usado
Manta anti-estática	US$ 89,59
Câmara térmica	US$ 96,20
Extintor de incêndio ABC de 2 kg	US$ 53,63
Ferro Weller SPG40 + estação WLC100	US$ 44,95
Wattímetro Kill-a-Watt P4400	US$ 41,41	Backup
Termômetro CompuNurse	US$ 14,99	Quebrou
Total	US$ 4.735,31

Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Nossa-Metodologia-de-Testes-de-Fontes-de-Alimentacao/1455

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