¿Qué son las fuentes de alimentación para ordenadores y cómo funcionan?

Cuando hablamos de un ordenador o PC, creemos que se trata de un equipo o dispositivo muy sencillo, y aunque ciertamente en su uso lo es, este está compuesto por uno o varios softwares y por una serie de dispositivos físicos que son conocidos como el “hardware”, uno de ellos es la fuente de alimentación o la fuente de poder. Este quizás es elemento más importante de un ordenador.

Porque de nada vale tener la última computadora del mercado, con una cantidad enorme de RAM, y todas las características que actualmente las hacen ser equipos magníficos, si no tenemos una fuente de alimentación. Ya que el funcionamiento de ella dependerá de este pequeño dispositivo, es decir, sin ella nada funciona.

Por eso, a la hora de comprar un ordenador, es importante prestarle atención a este dispositivo que casi todos ignoramos. Ya que aunque suele ser invisible, es una pieza bastante precisa y compleja, que tiene el trabajo más importante, suministrar la energía necesaria a todos los componentes del PC de forma perfecta y constante.

¿Qué es una fuente de alimentación para ordenadores y para qué sirve?

Las fuentes de alimentación para los ordenadores, también son conocidas como fuentes de poder, y es uno de los principales elementos o componentes del hardware de un ordenador, se encuentra ubicado dentro del case del CPU. Se trata de un pequeño transformador, que tiene como tarea convertir la corriente alterna (AC) que recibe. Corriente que por lo general es de 120v o 220v, a un flujo de corriente continua (DC) de 9 a 12 voltios, cantidad suficiente para alimentar el PC.

Por lo tanto, la fuente de poder es el dispositivo que se encarga de suministrar la electricidad al equipo. Sin fuente de poder no funciona la PC.   Por eso el objetivo principal de esta es suministrar electricidad estable para que el aparato pueda funcionar de forma correcta sin presentar ningún tipo de inconveniente.

Es decir entonces, que la fuente de poder es el dispositivo que tiene como función principal, darle energía a todo el equipo desde la tarjeta o placa madre, hasta los dispositivos USB, las unidades ópticas, de vídeo, de audio y por su puesto para que la red del ordenador funcione. Y esto lo logra, gracias a que internamente cuenta con una gran cantidad de circuitos integrados, resistencias y diodos, que trabajan como un equipo para lograr la transformación de la energía, todo esto a través de la disipación de calor y un sistema de enfriamiento.

¿Cómo funciona una fuente de alimentación? Análisis técnico

Ya tenemos claro que una fuente de alimentación, es el aparato principal de un ordenador, sin ella simplemente no funciona. Porque su función principal o su objetivo es  convertir la corriente alterna o AC en lo que conocemos como corriente continua o DC. Pero ahora, nos falta por comprender cómo se realiza este proceso, es decir como una fuente de poder convierte la AC en DC.

Para esto, vamos a explicar de forma detallada como una fuente moderna realiza este proceso, recordemos que anteriormente las fuentes de poder más antiguas permitían convertir directamente la AC en varios voltajes de corriente continua, generalmente de +12V, +5V y +3.3V. Pero con los avances tecnológicos que vivimos constantemente, las fuentes de alimentación con las que contamos en la actualidad convierten la corriente alterna en un solo voltaje de corriente continua +12V.

Luego de que esto ocurre, entran en funcionamiento los demás componentes de la fuente de alimentación. Estos son los conversores de DC-DC, quienes tiene como objetivo principal lograr llevar el voltaje bruto que ya tenemos +12V en voltajes de +5V y +3.3V. Estas nuevas fuentes de alimentación, separan de esta forma la transformación de la energía. Porque estos dos últimos voltajes (+5V y +3.3V) son los voltajes menos utilizados por el equipo o el PC. Es decir solo se realizará esta conversión si realmente se requieren, si no se trabajara de forma normal con el voltaje bruto.

A mayor ruido mayor daño

Ya tenemos entonces, los voltajes que requerimos para poner en funcionamiento cada una de las partes de ordenador, es decir, ya pasamos de AC a DC. Cuando esto sucede, la corriente continua se filtra a través de los inductores y de los condensadores. Una vez allí, estos componentes realizan su trabajo el cual se basa en mantener un voltaje regulado y estable, a la misma vez que controlan en ruido eléctrico, recordemos que a mayor ruido, mayor daño.

Esto quiere decir que controlar el ruido es fundamental, ya que como bien lo mencionamos, a mayor ruido se generará mucho más daño en los componentes de la fuente a causa del calor. Esto ocurre, porque actualmente las fuentes de alimentación son fabricadas con un tipo de tecnología que es llamada “tecnología de conmutación”, una tecnología que se encarga de convertir la AC en DC. Y cuando se utiliza esta tecnología, aunque el rectificador este en “on o en off”, generará pulsos de corriente continua, y su ritmo dependerá de la entrada de la corriente alterna, son estos pulsos de corrientes los que reciben el nombre de ruido.

Es esta entrada la que se debe controlar y para lograrlo, el voltaje atraviesa el inductor donde ocurre el proceso de reducción de la frecuencia del ruido, y una vez el voltaje sale del inductor empieza el trabajo de los condensadores. Un trabajo que consiste básicamente en almacenar la carga eléctrica y dejarla salir en el momento adecuado sin ruido eléctrico. Es decir de él obtendremos un voltaje limpio.

Evitar el efecto ripple

Todo dependerá del diseño de la fuente de alimentación. Porque cuando se diseña una fuente de poder se debe tomar en cuenta la cantidad de condensadores que se requieren (condensadores en serie) o si se requiere un solo condensador de gran tamaño. Ya que si no se toma en cuenta el condensador o la serie de condensadores adecuados ocurrirá lo que se conoce como “el efecto Ripple”, que no son más que ondas o picos que se generan en el voltaje de corriente continua que sale, a pesar de que anteriormente lográramos controlar el ruido. Con el condensador adecuado, se lograra un cambio estable entre el voltaje más alto y el voltaje más bajo, reduciendo la posibilidad de que se genere el efecto ripple.

Entonces, como podemos ver el funcionamiento adecuado de cada uno de los componentes de una fuente de alimentación para ordenadores, depende de un diseño correcto y de que a la hora de adquirirla tomemos la decisión adecuada, dependiendo de la necesidad o la demanda de nuestro equipo.

Ahora bien, ya está claro que la fuente de poder regula el voltaje para entregarnos +12VDC a 2A de intensidad. Pero qué sucede cuando el equipo por alguna razón demanda más amperios. En ese caso una fuente de poder de buena calidad es capaz de responder a esta demanda, a través de una monitorización interna que es realizada el “supervisor IC”, un componente de la fuente de poder  que se encarga de indicarle al controlador PWM que se requiere que el rectificador conmute a una frecuencia diferente, frecuencia que permitirá ajustar el voltaje de salida a la demanda que se requiere.

¿Cuáles son los principales tipos de fuentes de alimentación y en qué se diferencian?

Ya está claro, que la fuente de alimentación o fuente de poder debe dejar de ser un dispositivo olvidado, y que por el contrario debe pasar a ser uno de los elementos del hardware a los que mayor atención les brindemos, porque de él depende la vida del ordenador. Podemos decir entonces, que este es el corazón del equipo, el que bombea la sangre (electricidad) y si este falla el equipo puede sufrir fallas graves e incluso quedar completamente inservible.

Por eso es importante, conocer los tipos de fuentes de poder que existen, para qué tipo de ordenador fueron creadas, cuál es su potencia, su calidad, entre otros. Y luego de este análisis seleccionar la que es compatible con nuestro PC.

Los principales tipo de fuente de alimentación son:

Fuentes de alimentación conmutadas

Este tipo de fuente de alimentación, es conocida también como switch mode power supply, y fue diseñada para ordenadores que requieren trabajar las 24 horas del día, durante los siete días de la semana. Por lo que su rendimiento y su calidad de construcción son bastante altos. Pues se trata de un dispositivo electrónico, que se encarga de transformar la energía eléctrica a través transistores en conmutación.

Convirtiendo la corriente de una red alterna a corriente continua, y a su vez, también es capaz de cortarla para convertirla en corriente alterna nuevamente pero a frecuencias más altas, pero con una tensión normalmente menor, que permita rectificar nuevamente para transformarla en corriente continua.

Las fuentes de alimentación conmutadas se diferencian de los reguladores de tensión, porque estos últimos utilizan transistores polarizados en su región activa de amplificación, mientras que las fuentes de alimentación conmutadas, trabajan con los mismo conminándolos activamente a frecuencias que están dentro del rango de los 20 a 100 kilohercios, entre corte y saturación.

A su vez, estas fuentes de alimentación se subdividen en 4 tipos:

• Las de alimentación CA, salida CC: Son las usadas por los computadores de mesa, y están compuestas por: el rectificador, el conmutador, el transformador, el rectificador de salida, y el filtro.
• Las de alimentación CA, salida CA: Este tipo de fuente de alimentación es la utilizada por los variadores de velocidad o variador de motor. Y está compuesto por el conversor de frecuencia y el variador de frecuencia.
• Las de alimentación CC, salida CA: Es el tipo de alimentación que utilizan los  generadores de 220 v a 50 Hz. Que son el tipo de generador que están adecuados a lo que se especifica en las normas europeas.
• Las de alimentación CC y salida CC: Este tipo de alimentación, son las utilizadas por los cargadores de baterías de celulares que se utilizan en los automóviles.

Fuente de alimentación lineal o simple

La fuente de alimentación lineal o simple, es otro de los tipos de fuentes de poder comúnmente usadas y se trata de una sola fuente de alimentación que es capaz de  proporcionar al ordenador la energía que este requiere para funcionar.  Se trata de un circuito conformado por una serie de componentes electrónicos, que tiene como función principal transformar el voltaje alterno en voltaje directo. Voltaje que estará almacenado dentro de una batería, pila seca o un acumulador.

Fuente de alimentación redundante

Está compuesta por dos fuentes de alimentación que trabajan a su vez de forma independiente. Esto quiere decir que si una de las dos llega a fallar, la otra continuará con el trabajo, brindando la posibilidad de que su compañera sea reparada sin tener que parar el equipo o el servidor.

Fuentes de alimentación externas

Y por último, tenemos las fuentes de alimentación externas. Este es el tipo de fuente con la que trabajan las computadoras portátiles o laptop. Al igual que en los computadores de bajo consumo y en las cajas externas para discos duros. Suelen ser fuentes de poder muy prácticas, ideales para equipos de tamaño reducido

Y en cuanto a sus características físicas, se trata de un bloque plástico, que trae dos cables, uno para conectarlo al equipo y el otro para ser conectado en la fuente de energía eléctrica. Su consumo de energía es mucho más bajo que el de una fuente de poder normal, ya que están consumen solo lo necesario, así que no necesitan ventilación, para que se mantenga dentro de su temperatura idónea el usuario debe colocarla encima de una superficie donde esta no quede cubierta por ningún elemento.

Alimentación conmutada vs lineal ¿en qué se diferencian ambas?

Aunque existen 4 tipos de fuentes de alimentación las más comunes o usadas en los ordenadores son la alimentación conmutada y la alimentación lineal. Sin embargo ambas son diferentes, por lo que es importante conocer cuáles son sus características principales y para qué tipo de PC es ideal cada una de ellas.

El tamaño y peso

Una fuente de alimentación lineal se caracteriza por tener un peso de 10 kilogramos aproximadamente y utilizan un transformador diseñado para funcionar a una frecuencia de 50 o 60 HZ.

La fuente conmutada, también utiliza un transformador pero este es mucho más pequeño, y funciona con una frecuencia que va de 50 kHz a 1 MHz.  Ya que por diseño, mientras más alta sea la frecuencia que permitan los transistores, se podrá disminuir el tamaño de los componentes pasivos del sistema, que no son otros que los transformadores, los condensadores y los inductores.

Por lo tanto, podemos decir que las fuentes de alimentación lineales tienen un transformador mucho más  grande, y por supuesto más costoso. Mientras que las conmutadas gracias a que poseen una mayor frecuencia tienen un transformador más pequeño. Y a su vez tiene menor peso, volumen y costo que una lineal.

El voltaje de la salida

Las fuentes de alimentación lineales se caracterizan, porque ellas se encargan de regular  la salida de la energía utilizando un voltaje alto en las etapas previas. Para posteriormente poder  desechar la energía como calor y generar con ello un voltaje bajo. Mientras que las fuentes conmutadas, trabajar al revés, es decir, estas son capaces de producir un voltaje de salida que es mucho más bajo, que el voltaje que recibió o el voltaje de entrada.

La eficiencia, el calor, y la energía disipada

Por lo general, las fuentes lineales o simples, se encargan de regular la corriente de la salida dispersando el exceso de energía que se produce como calor. Un proceso que en la actualidad resulta ser ineficaz y arcaico.

Mientras que una fuente conmutada, se caracteriza por usar señales de control, que les permite tomar solo la energía que es verdaderamente requerida por la carga. Siendo entonces un tipo de fuente de alimentación que se considera 100% eficiente.  Por lo que el único calor que estas generan viene dado por algunas de las características  de los componentes que resultan ser no ideales.

Esto quiere decir entonces, que por lo general las fuentes lineales desperdician grandes cantidades de energía en el transformador. Mientras que las fuentes conmutadas suelen tener mayor rendimiento, si su diseño es el correcto, solo esto garantizara su eficiencia.

La complejidad

Una fuente de alimentación lineal, es un transistor de potencia, con un CI de regulación de voltaje y un condensador de filtro de ruido. Y una fuente  de alimentación conmutada está compuesta por un CI regulador, dependiendo de su diseño de uno o varios transistores, contiene diodos de potencia, un transformador, inductores, y los condensadores de filtro. Generando a partir del mismo núcleo del transformador múltiples voltajes.

Esto quiere decir entonces, que las fuentes lineales no poseen componentes complejos, ya que todos son pasivos o discretos. Pero las fuentes conmutadas si requieren de un circuito de control activo. Que les permita ajustar el arranque, la tensión de salida, y otras protecciones, porque estas poseen más componentes. Componentes que las hacen ser más compleja que una fuente lineal.

Interferencia por radiofrecuencia

En este caso, las fuentes de alimentación lineales se caracterizan por no producir interferencia. Por eso este tipo de fuente es la ideal para suministrar energía en lugares donde no puede existir la interferencia de radio.

Mientras que las fuentes conmutadas, se caracterizan por los cambios abruptos, además de que está compuesta por una gran cantidad de componentes espectrales de alta frecuencia. Generando interferencia electromagnética indeseable. Para su uso es necesario entonces acompañarla de blindajes de RF y filtros EMI, estos se encargan de reducir dicha interferencia.

El ruido electrónico

Cuando se trabaja con fuentes de alimentación lineales baratas, es normal que se presente ruido electrónico en sus terminales de salida, mucho más aún si su regulación es pobre. Cuando esto ocurre se experimenta un voltaje de CA pequeño, que se monta sobre la CC de por lo menos dos veces la frecuencia de alimentación. Proceso que a su vez produce una ondulación que se presenta en el orden de varios milivoltios, y que puede ser suprimida con condensadores de filtro más grandes o con reguladores de voltaje de mayor capacidad o calidad.

Mientras que en las fuentes de alimentación conmutadas no se percibe la ondulación en la frecuencia de la alimentación. Esta se percibe en las salidas, y mientras más alta sea la frecuencia mayor será el ruido.

El ruido acústico

Por lo general, una fuente de alimentación lineal emite un zumbido bastante débil, casi imperceptible y generalmente se debe a la vibración que se produce en las bobinas y en las chapas del núcleo del transformador.

Y en el caso de las Fuentes de alimentación conmutadas, aunque su funcionamiento es a frecuencias más altas, el ruido acústico tampoco es perceptible por el oído humano. Sin embargo, los ordenadores de mesa vienen acompañados de un ventilador y este ruido si es perceptible. La única forma de que una fuente computada genere sonido, es cuando alguno de sus componentes está trabajando de forma incorrecta.

El factor de potencia

Cuando se trata del factor de potencia, las fuentes lineales  se caracterizan por tener bajos niveles de este. Ya que la energía la obtienen de los picos de voltaje de la línea de alimentación. Y en el caso de las fuentes conmutadas simples, estas trabajan de forma similar a las fuentes lineales, ya que obtiene la energía de la parte más alta de la onda sinusoidal.

El ruido eléctrico

En las fuentes de alimentación conmutada, puede ser que se perciba el ruido eléctrico de conmutación, sobre todo en la línea de la alimentación principal. Este es un ruido que puede causar algún tipo de interferencia con equipos de A/V, que sean conectados en la misma fase. Y en las fuentes de alimentación lineal, no ocurre este efecto.

Es decir, que por lo general una fuente de alimentación conmutada suele generan mucho ruido, en la etapa de conmutación. Por lo que necesitan de componentes adicionales, que le permitan disiparlo. Así como de una conexión a tierra, ya que esta se encarga de conducir los ruidos eléctricos. Mientras que las lineales no generan ningún tipo de ruido.

Además de todas las diferencias antes mencionadas vale la pena destacar también que:

• En las fuentes de alimentación lineales, la corriente suele ir en un solo sentido a través de todas las etapas. Mientras que en las fuentes de alimentación conmutadas se deben usar señales de control que van desde la salida de la corriente hasta el regulador. Por lo que la reparación de una fuente lineal es más sencilla que la de una fuente conmutada.
• Las fuentes de alimentación lineal, son capaces de responder de forma instantánea a los cambios en la carga. Mientras que las conmutadas, se toman su tiempo para responder a la variación de la carga.
• Las fuentes lineales se caracterizan por usar transformadores estándar. Mientras que las fuentes conmutadas utilizan transformadores personalizados para cada modelo. Por eso una fuente conmutada es mucho más difícil de reparar que una fuente lineal.

¿Cuáles son los principales componentes de una fuente de energía conmutada?

Por lo general, una fuente de alimentación conmutada está compuesta de los siguientes componentes:

Puente rectificador

El puente rectificador, es el encargado de dejar pasar la corriente en un solo sentido. Convirtiendo la corriente alterna en corriente pulsante.

Filtro EMC

El filtro EMC, tiene dos funciones básicas con la red, estas son: evitar las interferencias de la red, y absorber los problemas eléctricos que esta pueda tener como por ejemplo: ruidos, armónicos, transitorios, entre otros.

El Condensador

Este se encarga de reducir la corriente pulsante y la transforma en corriente continua. Esta corriente continua tendrá un valor estable.

Corrector del factor de potencia

Como su nombre bien lo indica, es un corrector, por lo tanto se encarga de reparar o corregir las fallas que ocurren cuando la corriente se desfasa con respecto a la tensión, ya que esto genera que no se aproveche toda la potencia de la red, y requiere de la intervención inmediata del corrector del factor de potencia.

El transistor o los transistores

Estos son los encargados de cortar y a la misma vez de activar el paso de la corriente. Para convertir la corriente continua en corriente pulsante.

El Transformador

El transformador también tiene dos funciones, una de ellas es aislar físicamente la entrada de la salida y la otra es reducir la tensión.

Filtro

El filtro tiene como función convertir la corriente pulsante en corriente continua.

El Controlador

El controlador es un componente muy versátil, pues tiene varias funciones, entre las que destacan:

• Se encarga de activar y desactivar el transistor
• Protege la fuente de alimentación contra cortocircuitos, sobrecargas, sobretensiones.
• Controla al circuito de corrección del factor de potencia.
• Se encarga de medir la tensión de salida de la fuente.
• Modifica la señal que es entregada al transistor. Para entregar valores de tensión correctos que permitan mantener estable la salida.

El diodo

Este componente, tiene como función convertir la corriente alterna del transformador en corriente pulsante.

Optoacoplador

El optoacoplador, se encarga de vincular la salida de la fuente con el circuito de control.

Lista de los mejores fabricantes de fuentes de alimentación de la actualidad

Como se pudo ver a lo largo de este post, las fuentes de alimentación son el dispositivo fundamental de cualquier ordenador. Esta es el corazón del PC, así que a la hora de elegir la adecuada, debemos estar seguros de que cumpla con los requerimientos deseados y sobre todo, que sea una fuente de alimentación fabricada bajo los estándar de calidad requeridos.

Por eso te contaremos cuáles son los mejores fabricantes de fuentes de alimentación:

Seasonic

Las Fuentes de poder de Seasonic, se caracterizan por ser Fuentes de alta gama, es decir son Fuentes de excelente calidad capaces de entregar niveles de potencias bastante estables y con la temperatura adecuada.

Entre los modelos más usados de este fabricante tenemos:

• Platinum series
• Snow Silent 1050w
• X series / X series XM2

Pero, como toda marca también fabrican modelos que suelen ser un poco más económicos y que por supuesto son de una gama más baja. Sin embargo son modelos que también son estables, recuerda que tu elección dependerá de la necesidad de tu equipo, él te dirá si requiere una fuente de poder de gama alta, media o baja.

Entre los modelos de gama media destacan:

• G series / G series V2
• M12-II EVO
• Serie S12G
• Serie S12-II

Corsair

Las fuentes de alimentación Corsair, al igual que las Seasonic son Fuentes de gama muy alta, que cumplen con los estándares de calidad requeridos para su buen funcionamiento.

Dentro de sus mejores modelos tenemos:

• Toda la serie AX / AXi (760w – 1200w Seasonic (AX) / Flextronics (AXi)).
• AX1500i
• Serie HXi
• Serie RMi
• Serie RM1000x

Antec

Son fuentes de alimentación de alta gama, y uno de sus modelos más usados es High Current Pro Platinum. Pero también tiene a disposición de sus clientes ciertos modelos de gama un poco más baja entre los que destacan:

• Serie EDGE
• Serie Earthwatts
• Seire Earthwatts Platinum
• Serie High Current Gamer
• Serie Truepower Classic

Cooler Master

Es otro de los fabricantes de fuentes de poder de alta gama y tienen a tu disposición la Serie V de fuentes de poder.

EVGA

Se caracterizan por lanzar al Mercado Fuentes de poder de alta gama, teniendo actualmente a tu disposición excelentes modelos, entre los que destacan:

• SuperNova G2 / P2 / T2
• Supernova GS
• Supernova PS

Thermaltake

Te ofrece modelos de gama media, pero que funcionan muy bien con la gran mayoría de las PC que están disponibles en la actualidad.  Entre los que destacan:

• Toughpower Gold 850M
• Toughpower Grand 1200F
• Toughpower Grand Platinum 850w y 1200w
• Serie Toughpower DPS Gold

XFX

Ocurre lo mismo que con las fuentes de poder de Thermaltake, son de media gama, pero compatibles con casi todas las pc de la actualidad. Entre sus modelos destacan:

• S 430w / 550w-SEW
• Serie XTR

Enermax

Te ofrece modelos de gama muy alta como es el caso de: DigiFanless 500W y modelos de gama baja como:

• naXn ADV 650 Watts
• Serie Revolution X’t
• Series Triathlor / Triathlor FC

Estas últimas se caracterizan por ser fuentes de poder de baja gama relativamente decentes, es decir, son fuentes seguras aunque utilizan componentes más baratos. Pero no se pueden utilizar para equipos que demandan una fuente de alta gama.