Qué es una fuente de alimentación

Qué es una fuente de alimentación

Rodrigo Alonso

Como bien sabéis, la fuente de alimentación es uno de los componentes de hardware del PC de mayor importancia, ya que como siempre decimos representa el corazón del PC ya que de éste componente depende el buen funcionamiento del resto y, de hecho, si la fuente no funciona no funciona nada. En este artículo os vamos a contar qué es la fuente de alimentación, cómo funciona, qué características tiene y qué tipo de fuentes de alimentación podemos encontrar.

Frente a la pregunta de qué es una fuente de alimentación seguro que la enorme mayoría de vosotros diréis que es ese componente que al que se conecta la corriente y que se encarga de suministrarle energía a todo lo demás, y efectivamente estáis en lo cierto aunque a un nivel un poco básico. Por este motivo, vamos a entrar en detalle para contaros en profundidad ya no solo lo que es, sino cómo funciona este vital componente.

Qué es una fuente de alimentación y cómo funciona

Como ya hemos mencionado, la fuente es la que se encarga de suministrarle la energía al resto de componentes del PC. Pero, antes de nada, debéis entender que existe una vital diferencia en cuanto al suministro eléctrico y que no podría llevarse a cabo si la fuente no hace su trabajo, y es que la energía que nos llega de la toma eléctrica del enchufe es corriente alterna y, sin embargo, las piezas del PC funcionan con corriente continua. Por lo tanto, uno de los sub componentes que integran la fuente de alimentación es el conversor AC / DC (sí, como el grupo de heavy metal), que literalmente convierte la corriente alterna en continua para que el PC pueda utilizarla.

Pero la cosa no queda ahí; además de convertir la corriente alterna en continua, la fuente necesita poder suministrarle a los componentes del PC el voltaje que necesitan de manera exacta, y como muchos de vosotros sabréis son principalmente tres los valores que hacen falta: +12V, +5V y +3,3V. Por lo tanto, internamente las fuentes de alimentación también tienen conversores de voltaje para poder darle a cada componente justamente la tensión que le hace falta, ni más ni menos.

Además de esto, todas las fuentes de alimentación cuentan con filtros (esto son los condensadores Y y X que podemos encontrar tanto en la toma de entrada como en diferentes componentes) que se encargan de asegurar que la corriente se suministra sin ruido eléctrico, lo que solemos llamar «corriente limpia». De la calidad de estos filtros depende la fluctuación de la corriente que se suministra, y tienen una gran parte de responsabilidad en cuanto a la eficiencia y los sistemas de protección.

¿Cómo funciona la fuente de alimentación?

Como ya hemos mencionado la primera función de la fuente de alimentación es convertir la corriente de alterna a continua, y eso se hace con el conversor AC/DC. Antiguamente, este mismo conversor tenía tres salidas (para los voltajes de 12, 5 y 3,3 voltios) pero eso era bastante ineficiente y generaba además mucho calor, así que las fuentes modernas convierten todo el voltaje que les entra a +12VDC, y luego mediante tres conversores DC/DC independientes generan los voltajes de +12, +5 y +3,3V. Esto se hace así porque los voltajes que menos se usan (5 y 3,3) no se convierten si no se utilizan, ahorrando mucha energía y calor.

Conversor AC/DC

Una vez que tenemos el voltaje que necesitamos, éste se filtra utilizando inductores y condensadores, y aquí entran en juego dos parámetros más: la regulación del voltaje para asegurar que la tensión es estable y el ruido eléctrico, pues a mayor ruido más se desgastan los componentes por culpa del calor. Vamos a explicar esto.

Las fuentes de alimentación de PC utilizan una tecnología de conmutación para convertir la corriente alterna en continua; mientras que el rectificador está encendido o apagado se generan pulsos de corriente continua a un ritmo establecido por la entrada de corriente alterna (que, en el caso de España, son 50 Hz, pero en México por ejemplo son 60 Hz). Estos pulsos generan ruido.

La corriente de cada voltaje atraviesa un inductor (llamados chokes) que estabilizan y suavizan la frecuencia de onda de estos pulsos, reduciendo el ruido. Después va a los condensadores (los famosos condensadores japoneses entran en juego aquí), que almacenan la carga eléctrica y la vuelven a soltar sin el ruido del que hemos hablado. La forma de hacerlo así es porque si el voltaje que entra en el condensador eleva o baja la frecuencia de conmutación, la carga del condensador baja o sube pero de una manera mucho más lenta que la frecuencia de conmutación, mientras que la salida del condensador es siempre fija, sin variaciones, o como hemos dicho antes, «limpio».

Condensadores japoneses Panasonic

Obviamente es casi imposible conseguir una gráfica perfectamente lisa en cuanto al voltaje de salida, ya que aunque hayamos eliminado casi todo el ruido se crean ondas (Ripple), pequeños picos y valles en el voltaje de salida. Aquí es donde los condensadores de gran tamaño y dispuestos en serie entran en juego otra vez, dado que cuanto más lento sea el cambio entre el voltaje más alto y el más bajo, más estable será el voltaje de salida.

Alguno de vosotros se preguntará que por qué no se meten entonces muchos más condensadores, y la respuesta es porque se reduciría la eficiencia. Ningún componente electrónico tiene una eficiencia del 100% y siempre una pequeña parte de la energía se transforma en calor. En el caso de los condensadores casi todo el calor que generan es precisamente por el ruido eléctrico que eliminan, pero aun así este es el motivo por el que normalmente veremos que las fuentes tienen dos de estos famosos condensadores de gran tamaño y no más. Hay que buscar un equilibrio.

Pongamos un ejemplo: en la siguiente imagen podéis ver el Ripple de una fuente que no tiene un buen filtrado, o dicho de otra manera, sus condensadores no son de buena calidad.

Ripple fuente de alimentación

Ahora, en esta otra imagen podéis ver la salida de +12V de una fuente de alimentación de una gran calidad.

Ripple fuente de alimentación

Tras todos estos filtrados, todavía queda bastante trabajo por hacer antes de que la energía salga hacia el resto de componentes del PC. Como mencionamos antes, el regulador de voltaje tiene una responsabilidad muy importante ya que es el que se encarga de determinar lo bien o mal que responde la fuente ante cambios bruscos de carga (o consumo), como por ejemplo cuando iniciamos un benchmark.

Aquí es donde entra en juego la famosa ley de Ohm, que define que cuanto más aumenta la intensidad de corriente (Amperios) más aumenta la resistencia, y a más resistencia más sube el voltaje (la resistencia es el único valor que permanece inmutable ya que depende de los componentes físicos). Una fuente de buena calidad debe ser capaz de compensar todo esto, generalmente mediante una monitorización interna realizada por el «supervisor IC», capaz de decirle al controlador PWM de la fuente que es necesario que el rectificador conmute a una frecuencia diferente para ajustar el voltaje de salida.

A este respecto, las fuentes de alimentación digitales son muchísimo más efectivas que las normales ya que la monitorización se realiza de manera digital, haciendo que la compensación se ejecute de manera mucho más rápida. Cuanto más lenta sea esta conmutación los componentes sufren más desgaste a causa del calor, lo cual también reduce la eficiencia.

be quiet! dark power pro 12

Además de todo lo que os hemos explicado hasta ahora, debemos tener en cuenta que en realidad el PC no solo funciona con tres valores de voltaje (12, 5 y 3,3V), sino que por ejemplo la memoria RAM DDR4 utiliza entre 1.2 y 1.35V para funcionar. El regulador de voltaje es también quien se encarga de esto, suministrando el voltaje que necesita cada componente; por ejemplo, en el caso de la RAM el voltaje se lo suministra desde el raíl de +3,3V, ya que es el más próximo.

Tipos y categorías

Las fuentes de alimentación se pueden categorizar por Tiers, pero esto es una valoración de lo bien o mal que funcionan que al fin y al cabo es subjetiva. Sin embargo, sí que se pueden categorizar empezando por su eficiencia, determinada por la certificación 80 Plus.

80Plus tabla

La CEE (Comunidad Económica Europea) estableció que los parámetros definidos por la certificación 80 Plus Bronze (tengan o no dicha certificación) son el mínimo para que un fabricante pueda vender sus productos en Europa. En todo caso, esta certificación ya la tienen solo fuentes de gama de entrada, mientras que los sellos Silver y Gold son bastante más comunes, y los Platinum y Titanium ya se reservan a fuentes de alimentación de gama alta.

Por otro lado, también podemos clasificar una fuente de alimentación por su tamaño o factor de forma, ya que está definido por un estándar:

  • ATX: el estándar actual, con unas dimensiones de 150 x 150 x 86 mm, aunque son igualmente ATX fuentes que tengan mayor longitud siempre y cuando se respeten los 86 mm de alto y 150 mm de ancho.
  • SFX: las dimensiones son más reducidas, pues están diseñadas para sistemas de factor de forma pequeño. Miden 100 x 125 x 63,5 mm, y necesitan un adaptador para poder instalarlas en cajas ATX estándar.
  • SFX-L: es una variante de las fuentes SFX que permiten instalar un ventilador de mayor tamaño. Miden 130 x 125 x 63,5 mm.
  • TFX: tienen unas dimensiones de 85 x 65 x 185 mm, y generalmente están pensadas para equipos especiales y servidores.
  • Flex ATX: son una variante también usada en servidores y equipos especiales que tiene la particularidad de permitir «plug and play» en caliente, es decir, en sistemas con dos fuentes redundantes se puede quitar una e instalar otra sin apagar el sistema. Miden 150 x 81,5 x 40,5 mm.

Formatos Fuente