Actualizado a: 22 de enero de 2024
Como bien sabes, la fuente de alimentación es un elemento imprescindible para un ordenador, ya que es la encargada de suministrar energía y hacerlo de forma correcta. No solo convierte la corriente alterna en continua, también modifica los voltajes para que sean los adecuados en cada caso.
Además de eso, las actuales fuentes de alimentación también permiten contar con algunas tecnologías activas y pasivas de protección, permitir que el sistema operativo les envíe una señal para que se apaguen a través de la placa base, o permitir que se encienda cuando se pulsa el botón de encendido, que envía una señal de 5v (la PSU tiene un circuito que suministra 5v denominados VSB o voltaje de espera para que el botón pueda funcionar incluso cuando está apagada) a la fuente para indicarle que se debe encender.
Para conocer todo esto y cómo se produce toda la conversión entre tipos de corrientes eléctricas y voltajes, aquí te lo explicamos todo de forma detallada…
¿Qué es una fuente de alimentación?
Una fuente de alimentación para PC es un componente vital en un equipo que suministra energía eléctrica a todos los demás componentes del sistema. Es responsable de convertir la corriente eléctrica de la toma de corriente en una forma adecuada y estable para su uso por parte del equipo. La fuente de alimentación proporciona diferentes voltajes (como +12V, +5V y +3.3V) y corrientes necesarias para alimentar la placa madre, el procesador, la tarjeta gráfica, los discos duros, los ventiladores y otros dispositivos conectados.
Algunas unidades, como puede ser la CPU, la GPU, la memoria RAM, etc., pueden funcionar con voltajes diferentes a los que suministra la fuente de alimentación. En estos casos, se emplean unos módulos de regulación de voltaje adicionales para convertir al voltaje correcto. Por ejemplo, las CPUs actuales suelen funcionar a voltajes en torno a 1v. Para más información, puedes leer este otro artículo.
Además de proporcionar la energía necesaria, una fuente de alimentación para PC también desempeña un papel importante en la regulación y protección del sistema. Esto implica mantener un suministro de energía estable y seguro para prevenir fluctuaciones de voltaje que puedan dañar los componentes internos de la computadora. También incluye características de protección contra sobretensiones, cortocircuitos y sobretemperatura para salvaguardar tanto la fuente de alimentación como los demás componentes del sistema.
Las fuentes de alimentación para PC suelen tener una potencia nominal expresada en vatios (W), que indica la cantidad máxima de energía que pueden suministrar de manera continua. La elección de una fuente de alimentación adecuada implica considerar los requisitos de potencia de los componentes de la computadora, así como la eficiencia energética, los conectores y las características adicionales que se necesiten.
Tipos
Existen varios tipos de fuentes de alimentación utilizadas en diferentes dispositivos electrónicos. A continuación, se mencionan algunos de los tipos más comunes:
- Fuente de alimentación lineal: es un tipo de fuente de alimentación tradicional que utiliza transformadores y reguladores de voltaje lineales para suministrar la energía necesaria. Proporciona una salida de corriente continua (CC) regulada y estable, pero tiende a ser más grande, menos eficiente y generar más calor que otros tipos de fuentes de alimentación.
- Fuente de alimentación conmutada (Switching): es un tipo de fuente de alimentación más moderno y ampliamente utilizado. Utiliza circuitos de conmutación (como transistores y diodos) para convertir la corriente alterna (CA) de entrada en corriente continua (CC) de salida. Las fuentes de alimentación conmutadas son más eficientes, más compactas y generan menos calor que las fuentes de alimentación lineales. Se encuentran en la mayoría de las computadoras, dispositivos electrónicos y electrodomésticos.
- Fuente de alimentación modular: en ella los cables de alimentación son desmontables y se pueden conectar o desconectar según sea necesario. Esto permite una mayor flexibilidad en la administración del cableado y facilita la instalación y el mantenimiento del sistema.
Estos son solo algunos ejemplos de los diferentes tipos de fuentes de alimentación disponibles en el mercado. Cada uno tiene sus características y aplicaciones específicas, y la elección de la fuente de alimentación adecuada dependerá de los requisitos y necesidades del dispositivo o sistema en cuestión.
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La aparición de la fuente de alimentación conmutada
Durante algunas décadas en el pasado, las fuentes de alimentación lineales para los antiguos ordenadores eran muy grandes y pesadas, con condensadores que tenían el tamaño de una lata de refresco. Estas fuentes solían convertir de 120v de CA a 60 Hz a voltajes de 12v o 5v de CC. A partir de la década de los 80 se empezaron a emplear fuentes de alimentación mucho más pequeñas y ligeras, similares a las actuales.
Estas nuevas fuentes de alimentación empleaban 220v de CA a voltajes reducidos como los 12v, 5v, o 3v de CC. Estas nuevas fuentes se denominaron conmutadas, puesto que tenían un sistema de conmutador que facilitaba mucho la rectificación y filtrado de la corriente que procedía de la línea de alimentación, y aportaba voltajes más estables para los componentes electrónicos sensibles.
Una fuente de alimentación conmutada extrae únicamente la cantidad necesaria de energía de la corriente alterna.
Estandarización
Con el paso del tiempo, no solo se volvieron más sofisticadas, también comenzaron a usarse estándares para mejorar la compatibilidad en la industria. En la década de los 90 aparecieron las ATX, llegando hasta las ATX 3.0 de la actualidad, entre otros estándares para otros factores de forma diferentes.
Esto permitió que los fabricantes de componentes pudieran crear sus productos y que fuesen compatibles, tanto las fuentes de alimentación con las placas base, como con las cajas o torres, etc. Además, también facilitó las cosas a los técnicos, ya que se clasificaron los cables por colores para identificarlos mejor.
Poco a poco se fueron haciendo más avanzadas y con más opciones, apareciendo también las fuentes modulares y semimodulares, etc. También fueron aumentando significativamente su potencia y eficiencia, desde las fuentes de alimentación de unos cientos de vatios, hasta las más modernas que pueden llegar a superar los 1000w en algunos casos. Además, en cuanto a eficiencia, también aparecieron las certificaciones 80 Plus. E incluso se han integrado gran cantidad de tecnologías de protección pasivas y activas para evitar sobretensiones, picos, etc., haciendo que la electrónica del ordenador esté alimentada de forma más estable y evitar averías.
Funcionamiento de una fuente de alimentación
En cuanto al funcionamiento de una PSU (Power Supply Unit) o fuente de alimentación, aquí vamos a ver los conceptos generales para entender cómo se produce todo el proceso desde que la energía entra desde el enchufe de la red eléctrica hasta que llega a los componentes en forma de corriente continua y a bajos voltajes.
Control básico
Para que la fuente de alimentación funcione, lo primero es tener un control básico para encender o apagar. Para ello, las fuentes modernas emplean un simple interruptor en su zona trasera que es el que dejará paso a la energía o no. Estamos hablando en este caso a la energía que llegará a través del cable con el enchufe que va a la toma de corriente de la red eléctrica.
Cuando se presiona el interruptor y se pone en OFF (0), la fuente de alimentación no tendrá nada de energía, e incluso si se pulsa el botón de encendido del PC no dejará paso a la corriente, por lo que no funcionará. En cambio, cuando el interruptor pasa al estado ON (1), entonces sí que se podría hacer un encendido mediante el botón de encendido del PC. Con esto quiero decir que cuando el interruptor está apagado, la fuente de alimentación está totalmente inactiva, ni enviará energía, ni contendrá energía en su interior, ni tampoco recibirá señal alguna.
Conversión de AC a DC: partes de la fuente de alimentación
Como se aprecia en las anteriores imágenes donde se puede ver todo de forma esquematizada, la fuente de alimentación consta de varias etapas en las que se realiza la conversión. Las partes o etapas que intervienen se pueden resumir en:
Transformador
Un transformador eléctrico es un dispositivo electromagnético que se utiliza para cambiar la tensión de la corriente alterna (CA) de un nivel a otro, ya sea para aumentarla (transformador elevador) o disminuirla (transformador reductor). Consiste en dos o más bobinas de alambre aislado, llamadas devanados, que están envueltas alrededor de un núcleo de material ferromagnético, como hierro laminado.
El transformador funciona según el principio de inducción electromagnética. Cuando se aplica una corriente alterna a uno de los devanados, conocido como devanado primario o de entrada, se crea un campo magnético que induce una corriente en el otro devanado, llamado devanado secundario o de salida. La relación entre las tensiones del primario y el secundario depende del número de vueltas en cada bobina.
Su función es la de cambio de tensión, es decir, deberá convertir la corriente alterna que le llega de la red eléctrica a 220v en un voltaje inferior. Según el número de espiras o vueltas del bobinado, la tensión variará más o menos. La fórmula para calcularlo es:
V1/V2 = N2/N1
Donde V1 es el voltaje primario, V2 el voltaje secundario, N1 es el bobinado primario y N2 el bobinado secundario. Por tanto, si tenemos por ejemplo:
220v / 12v = 18.33, por lo que el número de espiras N2/N1 debe ser igual a eso.
Bien, una vez dicho esto, agregar que lo que hemos conseguido aquí es pasar de un voltaje superior, como el de 220v a uno inferior como pueden ser los 12v, pero la corriente sigue siendo alterna. Es decir, tan solo habremos hecho esto:
Rectificador
Un rectificador de corriente, también conocido como rectificador, es un dispositivo utilizado para convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Su función principal es eliminar la componente negativa de la corriente alterna, dejando solo la componente positiva.
El rectificador consta de uno o más diodos, que son dispositivos electrónicos de dos terminales que permiten el flujo de corriente en una dirección y lo bloquean en la dirección opuesta. Dependiendo del tipo de rectificador, se pueden utilizar diferentes configuraciones de diodos.
Existen dos tipos principales de rectificadores:
- Rectificador de media onda (half-wave rectifier): Utiliza un solo diodo para permitir el paso de la mitad positiva de la corriente alterna. La otra mitad negativa se bloquea. Como resultado, la corriente rectificada es pulsante y presenta una forma de onda con picos y valles.
- Rectificador de onda completa (full-wave rectifier): Emplea al menos dos diodos dispuestos en un puente de diodos (bridge rectifier) para permitir el paso de ambas mitades de la corriente alterna. Esto resulta en una corriente rectificada más suave y constante en comparación con el rectificador de media onda.
Por tanto, una vez la señal de corriente alterna pasa por los diodos, bloqueará toda la parte de la onda que está en la zona negativa de la gráfica, dejando solo la positiva. Es decir, hemos pasado de una CA de la red con oscilaciones entre +220 y -220v a unas oscilaciones de +12v a -12v de CA con el transformador, ahora pasaremos a picos de solo +12v.
Filtro
Un filtro suele estar compuesto de un condensador. Lo que hace este filtro es que esos saltos de voltaje que apreciamos en la etapa anterior cuando la corriente alterna pasa por los diodos, los va a suavizar. Ten en cuenta que un condensador se carga de energía y luego la suelta poco a poco, por lo que el resultado será que la señal que sale de esta etapa de la fuente de alimentación es:
Para más información deberías ver nuestro artículo con las analogías entre los circuitos hidráulicos y los eléctricos.
Estabilizador
En la etapa anterior, hemos conseguido que esas variaciones de la tensión sean muy pequeñas, pero aún así sigue habiendo ligeras variaciones que se conoce como tensión de rizado. Por ello, hay que evitar en gran medida ese factor de rizado y hacer que la señal sea lo más plana posible, consiguiendo así la ansiada CC o corriente continua que estará a 12v en este caso.
Para evitar este rizado se emplea un estabilizador, que puede ser un diodo zener. Este diodo trabajando con polarización inversa hará que la tensión permanezca más fija. Es decir, hemos pasado a tener una señal así:
En resumen, durante todas las etapas anteriores, hemos conseguido que una señal de 220v de corriente alterna se convierta en una señal de 12v de corriente continua. Lo mismo sucederá con el resto de voltajes que deba suministrar nuestra fuente de alimentación.
Aquí puedes ver cómo va quedando la señal en cada una de las etapas de una fuente de alimentación.
También me gustaría decir que al elemento rectificador, en ocasiones también se le conoce como regulador de voltaje, y es un chip más complejo que un simple diodo zener, ya que también implementará otras medidas adicionales para estabilizar la señal y proteger a los circuitos que alimenta con otras protecciones adicionales.
Es decir, el regulador de voltaje es un dispositivo utilizado para mantener un nivel de voltaje constante en un sistema eléctrico o electrónico, a pesar de las variaciones en la tensión de entrada.
Su función principal es controlar y regular la tensión suministrada a los dispositivos conectados, asegurando que reciban un voltaje constante y estable dentro de un rango específico. Esto es especialmente útil cuando la tensión de entrada presenta fluctuaciones o variaciones debido a condiciones de red inestables, cambios en la carga eléctrica o factores externos.
Otros elementos
Por supuesto, la fuente de alimentación también puede constar de otros elementos. De hecho, las actuales fuentes de alimentación son bastante complejas y sofisticadas. Uno de los elementos que no falta es el ventilador y el disipador que refrigera las partes que más se calientan durante el proceso de conversión, especialmente algunos transistores, etc. Además, para que ese ventilador funcione adecuadamente, la propia fuente de alimentación tendrá también un sistema de control para controlar las RPMs. Y no solo eso, en algunos casos incluso podría haber otros elementos extra.
También habrá circuitería adicional para, por ejemplo, controlar si se está entregando la corriente correcta, si se ha recibido una señal de apagado del sistema para cesar el suministro eléctrico, etc. Y también existen algunos modelos gaming que cuentan con iluminación RGB LED que también se necesita un control para ella.
Y tampoco hay que olvidar que algunas fuentes de alimentación actuales también incluyen otros elementos inteligentes que pueden ser controlados incluso con software, lo cual agrega mayor complejidad.
Por este motivo, cuando desmontas una fuente de alimentación actual, el circuito que te encuentras es bastante más complejo que el que hemos descrito anteriormente en las diferentes etapas. Sin embargo, lo esencial te lo hemos explicado aquí.
