Cómo funciona una fuente de alimentación y por qué es tan importante

Escrito por Rodrigo Alonso
Fuentes de alimentación

Muchísimas veces os hemos hablado de las fuentes de alimentación como el corazón del ordenador, y de la importancia de que éstas sean de buena calidad. Pero, ¿alguna vez te has preguntado cómo funciona exactamente la fuente de alimentación de un ordenador? Y, ¿por qué es tan importante que ésta haga bien su trabajo? En éste artículo te lo vamos a explicar con todo detalle (Nota: artículo técnico y extenso, pensado para los que como yo son curiosos en cuanto a que les gusta saber el funcionamiento interno de las cosas).

Antes de nada, tengo que decir que voy a intentar orientar este artículo con vocabulario y términos que todos entiendan, y si bien a una persona que haya estudiado electrónica puede resultarle sencillo, para alguien que no puede resultarle demasiado técnico. Trataré de hablar en un tono de balance entre lo técnico y que sea compresible, pero tened en cuenta que al fin y al cabo estamos hablando de electrónica y que, por lo tanto, hay que introducir términos técnicos de ésta materia de manera inevitable. Dicho esto, vamos allá.

Cómo funcionan las fuentes de alimentación

La función más esencial de una fuente de alimentación de PC es la de convertir la corriente alterna (AC) en continua (DC). Fuentes antiguas convertían la corriente alterna en múltiples voltajes de corriente continua (+12V, +5V, +3.3V) de manera simultánea. Por el contrario, las fuentes modernas convierten toda la corriente AC en +12VDC, y una vez convertido, otros conversores DC-DC se encargan de convertir el voltaje bruto +12V en +5V y +3.3V, todo lo que necesita nuestro equipo. Ésta última técnica es más eficiente porque los voltajes que menos se utilizan (el de +5V y +3.3V) no se convierten si no se necesitan, y de hecho convertir de DC a DC es mucho más eficiente que de AC a DC dado que requiere menos componentes electrónicos y además de menor tamaño.

Explicado esto, una vez que tenemos el voltaje (recordad que el voltaje es la tensión eléctrica, mientras que el amperaje es la intensidad, no confundir los términos) convertido a corriente contínua, éste se filtra mediante inductores y condensadores. Aquí es donde entran en juego dos parámetros: la regulación de voltaje, para asegurar que éste es estable, y el ruido eléctrico, pues a mayor ruido más daño se genera en los componentes como consecuencia del calor. Vamos a explicar esto.

El ruido eléctrico y cómo se filtra

Las fuentes de alimentación de PC utilizan una tecnología de conmutación para convertir la corriente AC en DC. Mientras que el rectificador está encendido o apagado, se generan pulsos DC a un ritmo establecido por la entrada AC, que en el caso de España son 50 Hz (ojo porque esto depende del país, en México son 60 Hz por ejemplo). Esto se llama ruido.

Primero, el voltaje atraviesa un inductor (o choke), que suaviza la forma de la onda eléctrica y reduce la frecuencia del ruido. Después entran en juego los condensadores, que como sabéis son esenciales para una fuente de alimentación. Los condensadores almacenan la carca eléctrica y son capaces de “soltarla” sin el ruido del que hemos hablado. La forma de hacerlo es porque si el voltaje que entra en un condensador eleva o baja la frecuencia de conmutación, la carga del condensador sube o baja pero de una manera mucho más lenta que la frecuencia de conmutación, haciendo que se disipe el ruido anterior en forma de calor y el voltaje salga limpio.

Claro que aunque con esto hayamos eliminado el ruido se crean ondas (Ripple), o en otras palabras, pequeños picos y valles en el voltaje DC de salida. Aquí es donde los condensadores de gran tamaño o varios condensadores en serie entran en juego, dado que cuanto más lento sea el cambio entre el voltaje más bajo y el más alto, más estable será la salida y se reducirá éste efecto ripple considerablemente. Ahora bien, hay que tener cuidado a la hora de diseñar la fuente de alimentación a éste respecto porque si se utilizan demasiados condensadores, o condensadores (o inductores) demasiado grandes, estaríamos reduciendo la eficiencia de la fuente de alimentación. Todas y cada una de las partes de un circuito eléctrico tienen un poco de pérdida energética en forma de calor, y en el caso de los condensadores, el calor que disipan es precisamente el ruido, pero al fin y al cabo es potencia perdida. Hay que buscar un equilibrio en éste punto.

En la siguiente captura de un osciloscopio se puede ver la medida del ripple en una fuente de alimentación que no tiene un buen filtrado de entrada de línea.

Cuando la fuente de alimentación sí que tiene un buen filtro de línea, debería verse de ésta manera en un osciloscopio:

La regulación de voltaje, un factor esencial

Pasamos al segundo factor del que os hablamos al principio, la regulación de voltaje. En términos generales es básicamente lo bien o mal que responde la fuente de alimentación a los cambios de carga (consumo). Digamos que la fuente de alimentación nos está entregando +12VDC a 2A de intensidad, y de pronto ejecutamos un juego y la carga sube a 10 amperios, o incluso a 15 amperios. Aquí es donde entra en juego la ley de Ohm, que seguramente muchos de vosotros hayáis estudiado en física o incluso matemáticas en la escuela.

Según ésta, cuanto más aumenta la intensidad de corriente más aumenta la resistencia, y a más aumenta la resistencia, más sube el voltaje al mismo tiempo (la resistencia es el único valor que permanece inmutable). Una fuente de alimentación de buena calidad debe ser capaz de compensar todo esto, generalmente mediante una monitorización interna realizada por un componente llamado “supervisor IC”, que es capaz de decirle al controlador PWM (pulse width modulation) que es necesario que el rectificador conmute a una frecuencia diferente para ajustar el voltaje de salida en consonancia. Las fuentes de alimentación más modernas son digitales, y éste proceso lo realizan mediante una monitorización digital, haciendo que ésta compensación se ejecute de manera mucho más rápida.

Si ésta regulación de voltaje no se hace de manera rápida, los componentes internos sufren mucho desgaste en forma de calor (energía perdida), lo que también produce una bajada de eficiencia.

Aunque en todo momento os hemos hablado de tres valores de voltaje DC (+12V, +5V y +3.3V) en realidad un ordenador necesita muchos más valores distintos para poder funcionar. Sin ir más lejos, la RAM DDR4 funciona a 1.20-1.35V, por no hablar de los diferentes posibles valores a los que funciona un procesador o una tarjeta gráfica. Es el regulador de voltaje el encargado de suministrar el valor que necesita cada componente y en cada momento; por ejemplo, en el caso de la RAM, el regulador convierte el valor de +3.3V en los 1.35V que necesita.

Por qué es esencial tener una buena fuente de alimentación

Por si no lo habéis deducido vosotros os lo decimos directamente: una buena fuente de alimentación que sea capaz de entregar una potencia estable y libre de ruido no solo hará que gastemos menos dinero en electricidad (que está bien cara), sino que contribuirá a que todos nuestros componentes (placa base, procesador, memoria RAM, tarjeta gráfica, discos duros… todo está conectado a la fuente de alimentación y por eso siempre decimos que es el corazón de un PC) tengan una esperanza de vida mayor al calentarse menos y funcionar de una manera más eficiente.

Si a esto añadimos que la fuente de alimentación es la que contiene todas las protecciones necesarias (sobre y bajo voltaje, sobre y bajo corriente, cortocircuito, etc.), esperamos sinceramente que la próxima vez que tengáis que comprar una fuente de alimentación para vuestro PC no escatiméis y vayáis a por una de buena calidad.

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  • fulanodetal

    para llegar a 60 Fps hace falta una fuente a 60 Hz?

    • Iragnus

      no tiene nada que ver en este caso los Hz de trabajo de la fuente de poder con los Hz de tu monitor, entiende como Hz a una frecuencia de trabajo para realizar “algo”, en el caso de la energía eléctrica proporcionada por el gobierno de cada país se refiere a la gráfica del comportamiento de la corriente alterna https://uploads.disquscdn.com/images/bdc9aefeb19a62cc11d4bf1b080e6ac6ee139bb3ef04eeb3b5f5203bb04c6c49.jpg
      En donde podemos ver el ciclo del trabajo de la corriente alterna marcado con la letra “T” en color azul, para seleccionar el ciclo se toma un punto como inicio y otro al final y para que cumpla como ciclo esta sección se tiene que repetir en todo el transcurso.
      Ahora ya teniendo esto nos dice que cada país nos manda la energía a cierta frecuencia digamos que es en España que son 50Hz por lo que matemáticamente si le sacamos la inversa nos daría en segundos.

      1/50Hz=0.02 segundos.

      Estos segundos obtenidos nos da a entender el tiempo que tarda en repetirse dicho ciclo, por lo que también se podría entender a Hz como una velocidad para realizar algún tipo de trabajo, en la corriente alterna es la velocidad a la cual la energía eléctrica fluye al llegar a nuestras casas la cual es enviada por las centrales eléctricas.

      También podemos sacar la frecuencia de trabajo de otras cosas como por ejemplo:
      Un brazo robotico el cual solo hace un trabajo realizando siempre la misma serie de movimientos o pasos el cual este robot tarda 2 segundos en realizar todos los movimientos hasta que se repiten otra vez.

      Le podemos sacar la inversa al tiempo para obtener la frecuencia de trabajo.

      1/2segundos=0.5Hz

      De la misma manera a al corriente electrica le podemos encontrar los hercios sacando la inversa al tiempo.

      1/0.2segundos=50Hz

      Por esta razón puedes encontrar a los Hz en muchos otros lados no solo en la energía eléctrica sino también en las frecuencias de trabajo de tu monitor, memoria ram, cpu, etc.

      NOTA: Ahora recuerda que siempre que quieras hacer estos cálculos la unidad de medida siempre tendrá que ser usada en Hz (1KHz=1000Hz, 1MHz=1000000, etc) pues si no lo haces el tiempo no te dará en segundos si no en milisegundos, microsegundos, o nanosegundos dependiendo las unidades metidas usadas pero si eres consciente de esto no hay problema.

      • fulanodetal

        Gracias por la aclaración, es bueno saberlo.

      • Exactamente, bien explicado.

  • kratos

    fsp raider 550w ¿es buena fuente?

    • fulanodetal

      No, siguiente?

      • kratos

        Vaya pues es la que tengo :/

        • Dreadnought

          Kratos, FSP fabrica muy buenas fuentes de alimentación y son muy buen OEM. No son las mejores fuentes del mercado pero te aseguro que malas no son ni por asomo

    • Iragnus

      http://www.fsplifestyle.com/PROP161000093/ si te refieres a esta fuente, por especificaciones esta muy bien, solo mira que cuente con certificaciones 80+, otra manera de ver si una fuente es buena es mirando el tiempo de garantía, la mayoría da hasta 4 años de garantía y algunas hasta garantía de por vida

      • fulanodetal

        Nombrame un solo fabricante de Placas Madre que recomiende esa marca, esa marca no está entre las recomendadas por los fabricantes, es mas prioritario la marca que la certificación, una marca como Corsair o Antec no van a jugarse su prestigio ganado por ahorrarse unos eurillos, una marca de segunda categoria le da igual, cierra la empresa y abren con otro nombre.

        • Iragnus

          Esas son cosas de ignorancia, no es lo mismo decir que te compraras una fuente de marca Corsair sin certicacion contra una FSP sin certificacion

        • Iragnus

          Esas son cosas de ignorancia, no es lo mismo decir que te compraras una fuente de marca Corsair sin certicacion contra una FSP sin certificación por muy cara que sea la Corsair no vale la pena pues la certificación son unas pruebas que pasan las fuentes en operación a condiciones un poco extremas para poder ser vendidas y base a esto se les da la certificación y una fuente que no las tenga no sera viable ahora eso de marcas de placas madre que recomienden fuentes pues es solo tener un poco de criterio y saber que lo hacen mas que nada para publicitarse entre ellos, lo mas importante de una fuente de alimentación no es el precio ni la marca si no los componentes y certificados pues hay fuentes mas baratas a la Corsair como podría ser EVGA la cual incluso en algunas cuenta con capacitares japoneses (que estos son los de mejor calidad), esto no quiere decir que Corsair sea mala, solo que por sus gastos de publicidad o incluso de accesorios u otras cosas como pegatinas incremente sus costos, si cumple con tales certificados internamente son muy similares si no es que casi iguales ya que muchas de las fuentes son creadas por la misma fabrica aunque tengan otro nombre por ejemplo la FSP son creadas por Cooler Master
          https://uploads.disquscdn.com/images/fc6c4e5cbb226ed72695f8762795e4c4261d89ac3579d7a5b7838c46bd57d74b.jpg
          e incluso las Coirser crea fuentes de otras marcas
          https://uploads.disquscdn.com/images/d5a03ed70a307657a12c9f0292a23420084c01dcc0547e57374237a1fab7fa8e.jpg
          Al final lo importante es ver las certificaciones con las que cuenta 80+ bronce, silver, gold, platinum y titanium con que cuenten con esto son buenas mas si solo es para gamer

          • fulanodetal

            Entonces comprate una Tacens o una Nox que tambien cuenta con esas certificaciones, los fabricantes de placas madre no tienen esas fuentes en sus bancos de pruebas, por lo tanto nada garantiza que funcionen bien, los fabricantes de placas suelen utilizar estas marcas: Antec, Cooler Master, Corsair, Enermax, Seasonic, SilverStone, Thermaltake.

          • Iragnus

            si así es esas fuentes que mencionas son muy buenas siempre y cuando tengan el certificado cumplirán con su cometido http://zonaforo.meristation.com/topic/2194919/ esta es de nox
            y esta de Tacens https://www.pccomponentes.com/tacens-mars-gaming-700w solo mira la puntuacion de los usuarios a Tacens y la cantidad, ahora sobre las tarjetas madre no importa con que fuente las pruebes pues la tarjeta madre siempre se alimenta con un cable de 20-24 pines que es el cable mas grande que va a tu tarjeta madre y tiene los siguientes voltajes +12 V, +5 V, 3,3 V , y uno o dos cables extras EPS dependiendo la tarjeta madre para el procesador siempre da un voltaje de +12V todo esto gracias a la estandarización y certificaciones, si no abría fuentes dando distintos voltajes lo cual si seria malo pues los voltajes es lo que provoca que se quemen los dispositivos, ahora diras entonces porque varia la potencia entre fuente y fuente pues fácil es gracias a la ley de hom la cual habla este articulo la cual dice que la potencia=amperaje*voltaje, entonces si el voltaje es único ¿que diferencias hay entre una con mas potencia o menos? , mientras mas potencia tenga eso quiere decir que tiene mas energía disponible para poder hacerle uso con otras conexiones como una tarjeta gráfica extra y la potencia la cual dice de cuanto es tu fuente es la suma de todas las faces o cables los cuales se pueden conectar como se muestra aquí:
            https://uploads.disquscdn.com/images/302f0d25137ea60204bda3eb169b4df11c880959ec5a670891d712c07a44b086.jpg

            Por ende muchas veces se dice que si no vas a tener una tarjeta de vídeo extra con una fuente de 550w vas mas que sobrado.
            Por lo tanto no importa con que fuentes hagan las pruebas a las tarjetas madres, siempre y cuando la fuente cumpla con las normas establecidas te servirá.
            En donde si hay que ver de manera mas especifica lo que nos ofrece es cuando se hace overclock ya que la misma fuente te dice cuanto es lo máximo que te puede ofrecer de manera continua, por ejemplo esta fuente en los rieles, faces o cableado (como le quieras llamar) en donde entrega 12V te puede entregar hasta 19V (voltaje pico) por lo que si le subes la cantidad de tensión (voltaje) en este cable, en las otras faces entregaran menos energía debido a la cantidad máxima de energía que la fuente puede entregar siempre sera 500w y ahí es en donde puede haber problemas si es que vas justo en energía en tus componentes ademas de que los pones a mayor esfuerzo a tu fuente de poder y se puede volver inestable para poder entregar correctamente siempre cierto voltaje e igualmente les afecta la temperatura tanto del ambiente como de trabajo ya que es energía perdida en manera de calor (efecto joule), por eso se dice que si vas a hacer overclock compres fuentes de poder de mayor cantidad de energía para que puedan alcanzar la potencia necesaria y un mejor certificado de 80+ silver o mas ,ya que esto nos ofrecerá la calidad que suministrara la energía de manera correcta.
            Al fin y al cavo no importa que marca es, si no lo que la fuente de poder te ofrece con sus especificaciones.
            P.D. Me explaye demasiado espero quede claro a los que lleguen a tener dudas sobre esto xD

          • Dreadnought

            No, los fabricantes de placas base emplean fuentes de alimentación industriales para testear sus fuentes, no emplean fuentes comerciales. Y lo hacen porque a las fuentes normales no se les pueden cambiar los parámetros de funcionamiento para testear los componentes

          • fulanodetal
          • Dreadnought

            Pero realmente te crees que cuando un fabricante diseña una placa base lo hace con una de esas fuentes en mente?? Eso lo único que demuestra es que esas fuentes que muestran pueden funcionar con la placa base, pero no son esas las que han empleado a la hora de diseñar la placa, es decir, la placa puede funcionar con esa fuente. Pero hay muchos otros condicionantes a la hora de montar una fuente en un equipo. Y generalmente hasta las fuentes más chusteras pueden hacer funcionar una placa base, lo que pasa es que cuando cascan se suelen llevar por delante varios componentes de la misma. Por eso recomendamos fuentes de alimentación que tengan un mínimo de calidad en la topología interna o que su OEM sea uno que tenga buena reputación como SilverStone, SuperFlower, Channel Well o Delta. Si el OEM es una de esas compañías, la fuente nunca será mala

          • fulanodetal

            vale, dime que fuentes ves durante a lo largo del minuto 4, todas muy industriales no? https://www.youtube.com/watch?v=yWdhLXl5a5s&t=3s

          • Esa es una demostración en un PC normal, por lo que es lógico que utilicen fuentes comerciales. Pero para sus pruebas internas me consta que emplean industriales, como dice Juan Diego.

          • Товарищ Кельты

            Lo único que miden esos certificados es la eficiencia, y está demostrado que Tacens las falsea.

      • kratos

        Esa es sí, tiene 5 años de garantía. Es que no hace mucho leí que tienen demasiado rizado pero no se si fiarme o no…

    • FSP es un fabricante que hace tanto fuentes propias como OEM para otros, y tiene varias calidades, desde Tier 3 (la habitual, como lo es tu fuente) hasta Tier 1 incluso. Puedes ver una categorización aquí: https://hardzone.es/clasificacion-de-fuentes-de-alimentacion-segun-su-calidad/

  • III-Ari-III

    Seasonic y corsair, las 2 mejores marcas que encontrás en todos lados jaja.

    • Dreadnought

      Te estás dejando las Super Flower y las Delta

      • El Chapuzas AMDero

        O EVGA que con la G3 se la ha sacado.

        Y Corsair depende cual. Las hay muy buenas y muy malas

        • Dreadnought

          Las G3 de EVGA las fabrica Super Flower, y las COrsair las fabrica Channel Well para la gama media y SeaSonic para a alta

      • III-Ari-III

        Desgraciadamente no llegan a mi país (Argentina). Y de las super flower y delta tengo entendido que ellos son fabricantes, mas que vendedores de fuentes, o sea les fabrican a otros.

        • Dreadnought

          Delta sí que es verdad que es más OEM que vendedor, pero Super Flower sí se vende de manera comercial

          • III-Ari-III

            Nunca las vi jaja.

    • Товарищ Кельты

      Hay varias a parte de esas.

      • III-Ari-III

        Si pero estas son las que mas se consiguen “globalmente”.

  • Товарищ Кельты

    Al final perdiste más tiempo avisando de que iba a ser extenso y tedioso que escribiendo el propio arttículo XD está bien pero me has dejado como estaba… No creo que hayas aclarado a nadie si la fuente que se está mirando para su PC es o no es una buena compra, ni por qué. Ni por qué nunca comprarse una Tacens,ni na de na de na.
    Todo el post se podría resumir en: ¿Que hace una fuente?: convierte la AC de tu casa en DC, si es buena consume poco y alarga la vida de los componentes, si es mala consume más y desgasta más a los componentes. Y ya.

    • Iragnus

      creo que lo que básicamente quiso decir es que todas las fuentes funcionan de la misma manera aunque cambien de marca, lo que importa es que cuenten con certificado 80+ y después la calidad de cada uno de sus componentes como los capacitores japoneces y pudo haber sido mas extenso si explicara bien como hace los cambios de AC a DC con los transformadores y los reguladores de voltaje pero eso seria mas como proyecto de escuela xD, pues básicamente todas las fuentes funcionan así solo que estas son de mucha calidad

    • Este no era un artículo para recomendar una fuente de alimentación u otra ni para ayudar a elegir. Simplemente para explicar cómo funcionan todas ellas, y que hay que elegir fuentes de calidad, ni más ni menos.

      • Товарищ Кельты

        Pues da la impresión de que el artículo está orientado a que la gente no la cague con la fuente, sobre todo en las palabras finales. Realmente no creo que alguien que no sepa lo que es una fuente vaya a saber elegir una. Pero bueno, es mi impresión, y ya.

        • Dreadnought

          El artículo va orientado a que una persona que no sepa qué es y cómo funciona la fuente de alimentación adquiera unos conocimientos mínimos sobre el tema. No hemos titulado el artículo “Las mejores fuentes alimentación del momento”. No sé cómo puedes haber sacado tu impresión

          • Товарищ Кельты

            Pues lo que decía, que se podía haber resumido todo en dos líneas y nos hubiésemos quedado igual. Y nos hubiera servido pa lo mismo. Aún sin entrar en marcas, y en mucho menos espacio, se podría haber metido algo más de chicha que se pudiese aplicar en la práctica. Pero oye, es mi opinión, que supongo que para eso tenéis habilitados los comentarios, para que la gente opine.

          • Pues oye, si eres capaz de explicar todo lo que yo he explicado en el artículo en dos líneas, te animo de verdad a hacerlo. Sin acritud, me interesa.

  • Juan gomez

    Cito:
    “Según ésta, cuanto más aumenta la intensidad de corriente más aumenta la
    resistencia, y a más aumenta la resistencia, más baja el voltaje”
    Me has matao ….

    Ley de Ohm: V=I*R,
    De la que se deduce que para que si tengo una V aprox constante para que la I aumente debe BAJAR la R.

    Y como bajamos la R. Al aumentar la carga del ordenador es como si pusiéramos mas Resistencias en paralelo (https://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica#Asociaci.C3.B3n_en_paralelo) , por lo que la Resistencia total que ve la fuente es menor y por lo tanto la Intensidad de salida aumenta. Ahora bien en la circuiteria interna se produce una cada de tensión mayor al aumentar la intensidad aquí la R es constante por eso tenemos que aumentar la tensión interna para mantener en bornes del conector de la placa la tensión dentro de unos valores proximos al de referencia

    • Tienes razón, he metido la pata pero no en lo que dices, sino en el hecho de que el valor que permanece inmutable es la resistencia, y el valor de voltaje no baja sino que sube. Creo que lo he explicado mal, voy a tratar de hacerlo mejor.

      Si al someter el equipo a carga sube la I, como bien dices para que el voltaje se mantenga estable la R debe bajar. Pero sin regulador de voltaje esto no sucede, pues sin éste el nivel de voltaje se dispararía, lo que se mantiene estable es la R.

  • Dullys Garcia

    ¿Hay algun software para saber que tanto esta consumiendo nuestra PC? lo digo porque en el articulo se menciona que una buena fuente nos ahorra electricidad y por lo tanto dinero, asi se podria comparar tu fuente con la de alguien que tenga una fuente generica.

    • Si tu fuente es digital tendrá software de monitorización (por ejemplo Corsair Link), que te dice los vatios de entrada, los de salida y calcula la eficiencia. Otros softwares como Aida64 calculan un aproximado del consumo, pero no es muy exacto. También tienes los medidores de consumo de enchufe como los Efergy eSocket.