Qual o melhor material para uma fonte de alimentação de PC?

Introdução

Você sabia que as fontes de alimentação modernas estão adotando o nitreto de gálio (GaN) como semicondutor? Os cristais de nitreto de gálio conduzem elétrons com uma eficiência até 1000 vezes maior que a do silício. Isso permite que os fabricantes de fontes de alimentação para PC produzam PSUs compactas, devido ao seu alto campo de ruptura de 3,3 MV/cm, em comparação com os 0,3 MV/cm do silício.

O GaN é apenas um dos muitos materiais usados ​​em fontes de alimentação para PCs. Materiais de revestimento, fiação, capacitores, transformadores, indutores, dissipadores de calor e ventoinhas compõem uma única fonte de alimentação. Este guia tem como objetivo ajudar os leitores a escolher o material certo para uma fonte de alimentação de PC antes de efetuar a compra. É um guia valioso tanto para consumidores quanto para empresas (B2B) que trabalham com fontes de alimentação.

Material de revestimento

Como comprador, o material mais visível seria a carcaça externa. Geralmente, trata-se de uma caixa retangular ou quadrada feita de chapa metálica. O metal é dobrado no formato da carcaça da fonte de alimentação. Aqui estão informações detalhadas sobre os materiais da carcaça:

Material de construção

Existem dois principais materiais disponíveis no mercado quando se trata de chapas metálicas: alumínio e aço.

• Aço: Optar por um aço com alto teor de cromo é a escolha preferida dos fabricantes de componentes premium. Ele age como uma gaiola de Faraday, impedindo que ruídos de alta frequência interfiram em outros componentes, como a placa de som e a placa-mãe. Possui menor condutividade, o que é menos relevante para fontes de alimentação com eficiência acima de 90%, que geram menos calor.
• Alumínio: Para condutividade térmica e construção leve, o alumínio é a escolha ideal. Ele pode reduzir a temperatura interna em até 10°C. Isso é ótimo se a fonte de alimentação for sem ventoinha ou silenciosa.

Revestimentos e Acabamentos de Superfície

O revestimento de zinco e a pintura eletrostática a pó são duas camadas que protegem o metal da carcaça contra danos. Isso é especialmente importante em áreas de alta umidade. Se uma partícula de ferrugem cair dentro da fonte de alimentação, pode causar um curto-circuito e danificá-la.

Forma estrutural

Para que a fonte de alimentação mantenha sua forma e evite que a placa de circuito impresso (PCI) interna se torça e seja danificada, a escolha da espessura da chapa metálica é fundamental. O uso de aço SECC (aço laminado a frio de qualidade comercial, galvanizado eletroliticamente) com 1 mm ou mais de espessura é ideal para projetos de alta qualidade.

Fiação e cabos internos

Os componentes internos da fonte de alimentação se conectam entre si por meio da placa de circuito impresso (PCB), fiação ou cabos. É importante que eles conduzam a energia de forma eficiente para minimizar o desperdício e garantir maior eficiência no fornecimento de energia.

Material condutor central

Existem três materiais principais usados ​​para condução em fontes de alimentação:

• Cobre puro: É a opção mais eficiente e a preferida pela maioria dos fabricantes de fontes de alimentação para PC. Possui condutividade superior e baixa resistência.
• Cobre revestido de alumínio: Para reduzir custos, as fontes de alimentação de baixo custo apresentarão condutores de cobre revestidos de alumínio.
• Ligas com infusão de carbono: A infusão de carbono no cobre aumenta sua resistência à tração em 15%. É ideal para locais onde o cabo é dobrado repetidamente.

Isolamento ou Manga

A escolha do material isolante correto é fundamental para a segurança. O núcleo é revestido com cloreto de polivinila ou silicone. Normalmente, esses materiais suportam temperaturas de até 105 °C. Isso é vital para tarefas que consomem muita energia, como overclocking. Além disso, esses isolantes podem ser revestidos com uma camada de nylon trançado ou plano para evitar emaranhados.

Terminais

Os pontos onde os cabos entram em contato são chamados de terminais. Terminais banhados a ouro são padrão em fontes de alimentação de alta qualidade. Esses pontos são vulneráveis ​​à oxidação e à corrosão. Portanto, o uso de um metal quimicamente inerte como o ouro é fundamental.

Capacitores e seus materiais

Para o armazenamento de energia, os capacitores desempenham um papel fundamental. Em fontes de alimentação, eles reduzem a ondulação da corrente alternada, suprimem o ruído elétrico e gerenciam picos repentinos de carga. O uso de capacitores de alta qualidade, com materiais e construção ideais, resulta em melhor desempenho.

Armazenamento de energia primária

Em termos de tamanho, esses capacitores são os maiores e armazenam mais energia. Eles são feitos com os seguintes materiais:

• Eletrolítico de alumínio: Estes são fabricados usando folha de alumínio e eletrólito líquido ou em gel. Eles suavizam as oscilações de tensão.
• Polímeros japoneses: Em fontes de alimentação de PC de alta qualidade, esses eletrólitos de polímero suportam temperaturas de até 105 °C com um MTBF típico de mais de 100.000 horas. Os fabricantes de fontes de alimentação para PC mencionam explicitamente os capacitores japoneses na ficha técnica, pois eles são menos propensos a ressecar ou vazar.

Filtragem secundária e estabilidade

Para ajustes ainda mais precisos, entram em ação os capacitores secundários. Estes podem ser capacitores cerâmicos para filtragem de alta frequência ou de tântalo para eficiência em tamanhos compactos. Os capacitores cerâmicos são ideais para uma fonte de alimentação comum, pois apresentam menor probabilidade de explosões ou incêndios.

Materiais especializados e de nicho

Embora os consumidores normalmente não necessitem de conhecimento aprofundado, é importante mencionar os capacitores à base de nióbio para garantir uma compreensão completa sobre capacitores. Estes oferecem 20% mais resistência à vibração em comparação com as opções padrão.

Física do Desempenho e Métricas

A capacitância é igual à carga dividida pela tensão. Ela indica quanta carga um capacitor pode armazenar. Um capacitor de alta qualidade terá um tempo de retenção superior a 21 ms e uma supressão de ondulação de 90%.

Transformadores e Indutores

Para reduzir os níveis de tensão aos valores desejados, os transformadores desempenham um papel crucial. Um transformador ineficiente significa maior ruído, vibração e produção de calor. O impacto é uma menor eficiência geral e um PC ruidoso. Aqui estão os aspectos dos materiais a serem considerados em transformadores e indutores:

Material do núcleo magnético

Esses são os componentes principais do transformador. Existem dois materiais principais usados ​​como núcleo do transformador:

• Núcleo de ferrite: Para transformadores pequenos e leves, os fabricantes modernos de fontes de alimentação para PC utilizam ferrite. Isso permite comutação de alta frequência.
• Ligas nanocristalinas: Para fontes de alimentação de alta densidade e maior eficiência magnética, um fabricante de fontes de alimentação utiliza ligas nanocristalinas.

Enrolamento e Condutividade

O fio que envolve o núcleo conduz a corrente.

• Cobre: ​​É o condutor mais popular, pois oferece resistência mínima e maior elasticidade, facilitando o enrolamento. Ele pode converter convenientemente a alta tensão da corrente alternada da tomada nas tensões CC específicas que seu computador precisa (3,3 V, 5 V, 12 V).
• Multicamadas e grafeno: para fontes de alimentação de alta potência, mais de 1200 enrolamentos multicamadas reduzem as falhas relacionadas ao calor. Alguns indutores avançados podem incorporar dopagem com grafeno para aumentar a condutividade em 10%.

Tipos de indutores

Outro componente que purifica a energia antes que ela chegue aos componentes principais do PC é o indutor. Na maioria das vezes, são indutores toroidais feitos de ferro em pó ou ferrite. A redução de ruído e a filtragem de EMI (interferência eletromagnética) são suas principais características.

Dissipadores de calor e ventiladores

Uma das principais características das fontes de alimentação para PC, também visível para o comprador, é a ventoinha. É importante que a ventoinha tenha uma boa qualidade de construção, não apenas esteticamente, mas também ofereça alta pressão estática. Além disso, os dissipadores de calor devem ser grandes o suficiente para transferir o calor de forma eficiente. Vamos analisar os componentes que desempenham um papel fundamental na dissipação do calor da fonte de alimentação.

Interface e transferência térmica

As almofadas térmicas são projetadas para formar uma ligação condutora entre o componente de aquecimento e o componente de dissipação de calor. Seu material geralmente é silicone ou grafite. Almofadas de alta qualidade apresentam índices de condutividade térmica de até 8 W/mK.

Estruturas de Dissipação de Calor

• Aletas de alumínio: São estruturas metálicas com aletas que entram em contato com a almofada térmica para dissipar o calor dos componentes. O alumínio é o material preferido da maioria dos fabricantes de fontes de alimentação devido à sua leveza.
• Tubos de calor: São tubos de cobre ou alumínio preenchidos com um líquido que se move passivamente para remover o calor da fonte e transportá-lo para o dissipador de calor. Funcionam como uma câmara de vapor, melhorando a eficiência da transferência de calor.

Resfriamento ativo (o ventilador)

• Hélice do ventilador: Normalmente, o PBT é preferido em comparação com plásticos baratos. É rígido e resistente à deformação sob o calor.
• Tipo de rolamento: O uso de rolamentos hidrodinâmicos (FDB) é o mais indicado para fontes de alimentação. A camada de fluido mantém o atrito baixo e garante uma vida útil de mais de 100.000 horas, reduzindo o ruído.
• Modo Zero RPM: Com componentes de alta qualidade, pode haver momentos em que o PC esteja operando com baixa carga ou ocioso. A ventoinha da fonte de alimentação será desligada para economizar energia e reduzir o ruído para o usuário.

Conclusão

As fontes de alimentação são o componente mais crítico para a estabilidade do seu PC. Uma fonte de alimentação ruim pode arruinar o desempenho do PC ou, no pior dos casos, danificar componentes. Uma fonte de alimentação de alta qualidade atende a todos os requisitos de materiais de primeira linha. Ela utiliza materiais de cobertura de alta qualidade para blindagem, fiação de alta condutividade, capacitores premium para estabilização de tensão, transformadores ideais para conversão e dissipadores de calor ideais para transferência de calor. Em conjunto, esses elementos resultam em uma fonte de alimentação de alta eficiência que atende às certificações 80 Plus e Cybenetics A++.

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