¿Qué es una fuente de alimentación?
Una fuente de alimentación convierte la corriente alterna (AC) en una forma continua de energía que los componentes del ordenador necesitan para funcionar, llamada corriente continua (DC). A diferencia de algunos componentes de Hardware cuyo uso no es obligatorio, como podría ser un disco SSD, la fuente de alimentación es una pieza crucial porque, sin ella, el resto del hardware interno no puede funcionar.
La fuente de alimentación es a menudo abreviada como PSU y también se conoce como fuente de poder. Las placas base, cajas y fuentes de alimentación vienen en diferentes tamaños llamados “factores de forma”. Estos tres elementos deben ser compatibles para que funcionen correctamente juntos.
Clasificación de las fuentes de alimentación
Las fuentes de alimentación para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de alimentación lineales y conmutadas.2 Las lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja y por tanto más susceptible a averías. Actualmente no son utilizadas.
Las fuentes de alimentación lineales
Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida.
En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión, que no es más que un sistema de control a lazo cerrado que sobre la base de la salida del circuito ajusta el elemento regulador de tensión que en su gran mayoría este elemento es un transistor. Este transistor que dependiendo de la tipología de la fuente está siempre polarizado, actúa como resistencia regulable mientras el circuito de control juega con la región activa del transistor para simular mayor o menor resistencia y por consecuencia regulando el voltaje de salida. Este tipo de fuente es menos eficiente en la utilización de la potencia suministrada dado que parte de la energía se transforma en calor por efecto Joule en el elemento regulador (transistor), ya que se comporta como una resistencia variable. A la salida de esta etapa a fin de conseguir una mayor estabilidad en el rizado se encuentra una segunda etapa de filtrado (aunque no obligatoriamente, todo depende de los requerimientos del diseño), esta puede ser simplemente un condensador. Esta corriente abarca toda la energía del circuito, para esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador.
Fuentes de alimentación conmutadas
Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma la energía eléctrica mediante transistores en conmutación.5 Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 hz típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante se aplica a transformadores con núcleo de ferrita (los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.
Las fuentes conmutadas tienen por esquema: rectificador, conmutador, transformador, otro rectificador y salida.La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (pulse width modulation) que cambia el ciclo de trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas que para fuentes lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador convierte la señal alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC.
Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores características EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor coste y tamaño.
¿Cómo funciona una fuente de alimentación?
Si hay algún componente que sea absolutamente vital para el funcionamiento de un ordenador, es la fuente de alimentación. Sin esta, un ordenador es solo una caja inerte llena de plástico y metal.
Las fuentes de alimentación utilizan la tecnología de conmutación para convertir la entrada de corriente alterna a voltajes de corriente continua más bajos. Los voltajes más usados son:
- 3,3 voltios
- 5 voltios
- 12 voltios
Hoy en día, aproximadamente el 90% o 95% de la carga se sitúa en el raíl de 12V. Por eso, los otros raíles se quedan en una posición cada vez más secundaria.
La potencia de una fuente de alimentación aparece siempre en vatios. Un vatio es el producto de la tensión en voltios y la corriente en amperios o amps.
En la actualidad, un ordenador se enciende con un pequeño botón y se apaga con una opción de menú o con el propio botón. Dichas opciones se integraron a la PSU estándar hace varios años.
De esta manera, el sistema operativo es capaz de enviar una señal a la PSU con el objetivo de indicarle que se apague. El pulsador envía una señal de 5 voltios a la fuente de alimentación para indicarle cuándo encenderse. La fuente de alimentación también tiene un circuito que suministra energía en stand-by, llamado 5VSB (5 volts stand by), incluso cuando está apagado el ordenador, de modo que los dispositivos que permanezcan encendidos en standby puedan funcionar y la fuente se pueda encender.
Antes de 1980 aproximadamente, las fuentes de alimentación tendían a ser pesadas y voluminosas. Utilizaron transformadores grandes y pesados y enormes condensadores para convertir el voltaje de la línea a 120 voltios y 60 hertz en 5 voltios y 12 voltios DC.Las fuentes de alimentación que se utilizan en la actualidad son mucho más ligeras y pequeñas (Existen formatos ATX, SFX y otras dimensiones). Transforman la corriente de 60 Hz (Hz, o ciclos por segundo) a una frecuencia mucho más alta, lo que se traduce en más ciclos por segundo. Esta conversión permite a un transformador pequeño y ligero en la fuente de alimentación hacer la reducción de voltaje real de 115 voltios (o 230 en Europa y la mayor parte del mundo) a la tensión necesaria para dicho componente en particular.
La corriente alterna de alta frecuencia suministrada por una PSU es además más fácil de filtrar y rectificar en comparación con la tensión de línea original de 60 Hz de CA, lo que reduce las variaciones de tensión y el ruido para los componentes electrónicos sensibles del ordenador.
Una fuente de alimentación conmutada toma solo la energía que necesita de la línea de CA. Los voltajes y corrientes típicos de una fuente de alimentación se indican en la etiqueta.