La fuente de alimentación (PSU) alimenta de energía a todos los componentes de hardware para su correcto funcionamiento, por lo tanto, es el componente más importante de una computadora.
La electricidad que recibimos del tomacorrientes de la pared del hogar, no es del tipo correcto, y estos dispositivos están diseñados para usar Corriente Continua (CC), mientras que el tipo de corriente que nos llega es Corriente Alterna (CA).
La función principal de la fuente de alimentación es convertir esta electricidad alterna en electricidad continua a un nivel seguro.
Las fuentes vienen en dos modos principales: lineales y conmutadas.
Las fuentes de alimentación lineales son más simples y solo requieren unos pocos pasos para convertir la electricidad de CA en CC.
Consumen energía constantemente y en general descargan el exceso de energía en forma de calor.
Requieren componentes más grandes para la entrega de alta potencia, esto las limita principalmente para aplicaciones de menor potencia.
Por otro lado, las fuentes de alimentación conmutadas tienen un interruptor interno que controla el flujo de electricidad que ingresa al resto de la fuente.
Si bien esto agrega complejidad, tiene un par de beneficios. La primera es que la fuente utiliza menos electricidad que una de alimentación lineal.
La segunda es que la acción de conmutación genera corriente alterna de alta frecuencia, lo que a su vez permite que algunos componentes, como inductores y transformadores, sean más pequeños.
La desventaja, es que la conmutación genera mucho ruido que debe filtrarse a la salida y posiblemente protegerse para evitar fugas.
Debajo verás una lista de artículos review para consultar las fuentes de alimentación más importantes del mercado
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¿Qué es una fuente de alimentación?
La fuente de alimentación se ubica justamente en la parte posterior del gabinete, puede ser arriba o abajo dependiendo el modelo. Si verificas el cable de alimentación de la computadora, notarás que se conecta en la parte de atrás de la fuente.
También hay una abertura de ventilación en la parte posterior que envía el aire hacia esa parte del gabinete de la PC. En este sector puede que se ubique normalmente abajo y no arriba como sí ocurría con otros gabinetes.
El lado de la PSU hacia el exterior del gabinete, tiene un puerto macho de tres puntas al que se conecta un cable de alimentación, conectando la fuente al suministro eléctrico. También suele haber un interruptor de encendido y apagado y un interruptor de voltaje en modelos antiguos.
Grandes manojos de cables de colores se extienden desde el lado opuesto de la fuente hacia el interior de la computadora. Los conectores en los extremos opuestos de los cables se conectan a varios componentes de la PC para suministrarles la energía adecuada.
Algunos están diseñados específicamente para conectarse a la placa base, mientras que otros tienen conectores que se enchufan a los ventiladores, unidades de almacenamiento e incluso a algunas tarjetas gráficas de alta potencia.
Las fuentes de alimentación se clasifican por potencias para demostrar la cantidad de energía que pueden proporcionar a la computadora en general.
Como cada componente de la PC requiere una cierta cantidad de energía para funcionar correctamente, es importante tener una fuente que pueda proporcionar la cantidad correcta de potencia a cada componente individualmente.
Esta práctica calculadora para suministro de energía como herramienta, podrá ayudarte a determinar cuánta potencia necesitas para que tu computadora funcione correctamente.
Función de una fuente de alimentación
El trabajo principal de una fuente de alimentación es convertir corriente alterna a continua. Una vez que se produce este tipo de corriente continua, la convierte en los voltajes apropiados para que los componentes las puedan usar.
Se vuelve algo complicado una vez que se tienen en cuenta otras características.
Aquí un diagrama de bloques que explica su función. Las líneas rojas son CA, las líneas verdes son CC:
A continuación analizamos una imagen de una fuente con las partes resaltadas para realizar todos los pasos en esta guía.
Paso 1: Filtrado en la entrada de CA
La electricidad que sale del tomacorrientes de la pared es muy ruidosa por varias razones.
El primer paso es filtrar la mayor cantidad de ruido posible, utilizando una combinación de capacitores (conocidos como capacitores X e Y) e inductores.
Además, puede haber algunos circuitos de protección similares que se encuentran en los protectores contra sobretensiones para protegerse contra picos repentinos de corriente.
Si la fuente de poder tiene un interruptor de voltaje físico, la entrada ingresa en un circuito duplicador de voltaje o continúa.
El doblador de tensión se utiliza cuando la entrada es de 115V, de forma que el resto de la fuente solo tiene que trabajar con 230V independientemente de la entrada real.
Si hay una corrección activa del factor de potencia, entonces se ocupa de este paso, por lo tanto, si la fuente toma 115V–230V sin interruptor físico, es muy probable que tenga una corrección activa del factor de potencia.
La imagen anterior muestra la mayor parte del filtrado de CA y partes de la rectificación de CA descrita en el paso 2.
Los tornillos en medio del disipador de calor conectan un diodo para la corrección del factor de potencia descrita en el paso 3 y un par de MOSFET de conmutación responsables para la conmutación o interrupción descrita en el paso 4.
Paso 2: Rectificación y filtrado
La electricidad alterna que proviene de la pared trabaja entre voltajes positivos y negativos. Esto hace que la corriente fluya de un lado a otro a través de los cables, sin producir ningún trabajo real con el tiempo.
Los rectificadores convierten la corriente alterna en corriente puramente positiva como se ve en la siguiente imagen:
Se utiliza un condensador de depósito para capturar energía del flujo todavía alterno, para convertirlo en uno más plano y estable.
Observa que en la salida hay una especie de patrón de dientes de sierra. Esto se debe a que el capacitor solo se puede cargar cuando el voltaje de la salida rectificada alcanza cierto punto hasta el pico de voltaje, de lo contrario, se está descargando.
Los puntos más bajos y más altos del diente de sierra forman lo que se conoce como ondulación. La cantidad de ondulación depende de la calidad, la capacidad y el tipo de capacitor.
Las fuentes de alimentación de alta calidad mantendrán la ondulación al mínimo.
Además, la especificación ATX requiere no más del 5% de ondulación en las líneas de 3.3V, 5V, 5V_SB y 12V.
Paso 3: Corrección del factor de potencia (PFC)
El factor de potencia es un fenómeno que ocurre con los circuitos de CA.
Hay dos tipos de potencia en los circuitos de CA: activa y reactiva.
La potencia activa es la que se utiliza en cargas resistivas, como hacer girar un motor.
La potencia reactiva es la potencia que funciona en componentes tales como capacitores e inductores para cargarlos, sin realizar ningún trabajo sobre la carga real.
El factor de potencia es la relación entre la suma de la potencia activa y reactiva (llamada potencia aparente) y la potencia activa en sí misma y siempre, es inferior a 1.
La corrección del factor de potencia tiene como objetivo que esta relación se acerque lo más posible a 1.
Si bien esto suena similar a la eficiencia, la eficiencia es un componente heredado de la electrónica que no puede usar toda la electricidad para hacer un trabajo útil y arroja lo que no puede usar como calor.
Hay dos tipos de corrección del factor de potencia: pasiva y activa.
El PFC pasivo utiliza inductores, un componente eléctrico pasivo. El PFC activo utiliza transistores y circuitos de control, o componentes eléctricos activos.
Paso 4: Conmutación
La conmutación agrupa algunas acciones para lograr el mismo efecto: permitir que la electricidad fluya hacia el resto de la fuente de alimentación.
Otras funciones de conmutación incluyen:
- Circuitos de protección, tales como protecciones contra sobrevoltaje, sobrecorriente, sobrepotencia y cortocircuito.
- Proporciona retroalimentación básica a la computadora, la más importante es la buena señal de alimentación, que le dice a la placa base que la fuente de poder está lista para funcionar.
- Crea una salida de CA de alta frecuencia (en el rango de decenas de kilohercios). La razón es que esto permite que los transformadores utilizados en el siguiente paso sean pequeños.
La conmutación requiere retroalimentación en la salida para funcionar correctamente. Esto se hace aprovechando los voltajes de salida que alimentan la computadora.
Paso 5: Transformación
Los transformadores se utilizan para reducir el voltaje a una línea primaria de 12V y a una línea secundaria de 5V.
Luego, la línea principal de 12V se reduce aún más utilizando conversores de CC a CC a 5V y 3.3V para que la use la computadora.
Se utiliza una línea secundaria de 5V para suministrar el circuito de alimentación de reserva de 5V para que la PC pueda encenderse desde el interruptor de alimentación frontal.
Paso 6: Rectificación de salida y filtrado
Después de transformar la entrada en una salida de nivel de voltaje seguro, es hora de rectificar y filtrar una vez más, porque lo que sale del transformador es electricidad de CA. Es básicamente una repetición del paso 2.
La imagen muestra el rectificador a la derecha, que para este modelo es del tipo de media onda.
Esto significa que solo se utiliza la mitad de la onda de CA. Lo más probable es que esta sea una medida de ahorro de costos para evitar la necesidad de un transformador más complejo.
A la izquierda del rectificador se encuentran los condensadores utilizados para el filtrado.
La salida se vuelve a derivar al circuito de conmutación. Por razones de seguridad, el circuito de salida no está conectado directamente al circuito de entrada.
Es decir, no hay rastro de PCB o cable que conecte a ambos. Para evitar esto, esta fuente utiliza un transformador de aislamiento. En otras fuentes, pueden usar lo que se llama un optoacoplador.
Paso 7: Conversor y Regulador
Dado que solo se crean 12V a partir del transformador principal, se utilizan conversores de CC a CC para crear 5V y 3.3V.
Los reguladores ayudan a mantener los voltajes lo más estables posible.
Las siguientes imágenes muestran el resultado de estas líneas. Los cables de salida son muy gruesos porque tienen que soportar mucha corriente.
Es posible que hayas notado que salían dos líneas de 12V en la salida (indicadas con la etiqueta ’12V2′ en el PCB).
Esto implicaría que esta fuente de poder en particular tiene dos líneas de 12V, probablemente distribuidos entre el conector principal de 24 pines y el conector EPS12V para una línea a los periféricos, incluido el conector PCI Express, para el otro.
Información adicional sobre las fuentes de alimentación
Los tipos de fuentes de poder para PC descritas anteriormente son las que están montadas dentro de una computadora de escritorio. El otro tipo de unidades son fuentes externas para PC portátiles.
Por ejemplo, algunas consolas de juegos tienen una fuente de poder conectada al cable de alimentación que debe ubicarse entre la consola y la pared.
Otras son similares, como la unidad de fuente incorporada en algunos discos duros externos, que son necesarios si el dispositivo no puede extraer suficiente energía de la computadora a través del puerto USB.
Las fuentes externas son beneficiosas porque permiten que el dispositivo sea más pequeño y más atractivo.
Sin embargo, algunos de estos tipos de unidades están conectadas al cable de alimentación y dado que generalmente son bastante grandes, a veces dificultan la colocación del dispositivo a la pared.
Las PSU generalmente son víctimas de sobrevoltajes y picos de alta tensión porque es donde el dispositivo recibe la energía eléctrica alterna, por lo tanto, normalmente se recomienda enchufar la unidad a un dispositivo UPS o protector contra sobretensiones.
La simple tarea aparente de convertir la electricidad, la fuente de alimentación pasa por más de unos pocos pasos para garantizar que la electricidad se conecte de forma segura y correcta a sus componentes.
Aunque estemos hablando de las mejores fuentes de alimentación del mercado, necesitan una protección adicional contra siniestros imprevistos.
