La fuente de alimentación del equipo microinformático

Rafa Morales 7 Febrero 2021
17min
0
Fuente de alimentación del equipo microinformático (Imagen de Igor Schubin en Pixabay)

La fuente de alimentación (Power Supply Unit - PSU) se encarga de proporcionar corriente eléctrica a todos los componentes del equipo microinformático, para ello transforma la corriente alterna de la instalación eléctrica del edificio en corriente continua con cada uno de los diferentes voltajes de tensión que necesita un equipo microinformático para funcionar.

 

Funcionamiento

Una fuente de alimentación realiza los siguientes procesos con la corriente eléctrica para realizar su transformación desde corriente alterna a corriente continua:

  1. Transformación: Reduce la tensión de entrada (voltaje) a la fuente de alimentación mediante un transformador. Se realiza mediante bobinas.

  2. Rectificación: Se transforma la corriente alterna de bipolar en unipolar. De esta manera el voltaje siempre va a ser mayor que 0, es decir, será siempre positivo. Se realiza mediante el puente rectificador o de Graetz (diodos).

  3. Filtrado: En este paso tenemos ya la corriente continua, pero no es constante. En esta fase de filtrado se aplana la señal eliminando las oscilaciones. De esta manera se suaviza la señal, es decir, elimina la poca onda que quede. Se realiza mediante condensadores.

  4. Estabilización: En esta fase de estabilización lo que se consigue mediante un regulador es que no le afecten a la señal de salida las variaciones de la señal de entrada a la fuente. Hace que sea de mejor calidad.

Imagen de Toniperis en Wikimedia (CC-BY-SA-3.0)

 

Factor de forma

El factor de forma establece las medidas de la fuente de alimentación y sus puntos de sujección para que estén estandarizadas y puedan ser instaladas en un chasis con el mismo factor de forma.

Hace referencia a las medidas de ancho y alto, ya que su profundidad suele ser un valor más abierto para los fabricantes, y cada uno decide cuál necesita según sus componentes.

No debemos confundir factor de forma con estándar, ya que el estándar lo que define es cómo se debe diseñar internamente a nivel de corriente eléctrica una fuente de alimentación.

A continuación detallamos los más usuales.

 

ATX

Es el factor de forma más utilizado en equipos microinformáticos, utilizado en los chasis del tipo torre. Sus medidas son 150mm de ancho y 86mm de altura.

 

SFX

Es el factor de forma que se utiliza en equipos microinformáticos compactos, por ejemplo en algunos chasis del tipo mini. Sus medidas son 125mm de ancho x 63.5mm de altura, ambas más cortas que en el ATX.

Al ser más pequeño, es un desafío para los fabricantes, que no siempre se atreven a fabricarlo, ya que deben construir componentes más pequeños. No suelen alcanzar las potencias tan altas como las del ATX, incluyendo un ventilador más pequeño también.

Existen una variante denominada SFX-L que cuenta con más profundidad y así poder instalar un ventilador de más diámetro.

 

TFX

Es un factor de forma que encontramos en chasis del tipo sobremesa (o slim), alargadas y con poca altura. Sus medidas son 85mm de ancho y 65mm de alto, ambas medidas más cortas que en el SFX.

 

Flex ATX

Es un factor de forma que también encontramos en chasis del tipo sobremesa (o slim), alargadas y con poca altura. Sus medidas son 81,5mm de ancho y 40,5mm de alto, ambas medidas más cortas que en el TFX.

 

Potencia

La potencia nos indica el número de vatios (W) máximos que puede proporcionar la fuente de alimentación al equipo. Eso no quiere decir que si una fuente de alimentación es de 500W esté siempre consumiendo esos 500W de corriente eléctrica, si no que como máximo le podrá dar al equipo esos vatios como máximo.

 

Factor de corrección de potencia

Como sabemos de electricidad, la potencia aparente es la energía que debería consumir un dispositivo en un instante, mientras que la potencia activa es la que verdaderamente consume. Estos dos valores están relacionados mendiante lo que se conoce como factor de potencia (fdp). Un valor entre 0 y 1 que indica el correcto aprovechamiento de la corriente eléctrica por parte del dispositivo, pero una corriente eléctrica que se desperdicia y que no es facturada por la compañía eléctrica.

Pactiva = Paparente * fdp

El factor de potencia entre 0 y 1 también se podría expresar en valores de porcentaje.

fdp = 0.85 = 85%

El factor de corrección de potencia (Power Factor Correction - PFC) en una fuente de alimentación nos va a indicar el factor de potencia de la misma, es decir, el aprovechamiento de la corriente eléctrica.

Existen dos construcciones diferentes mediante las cuales los fabricantes construyen sus fuentes de alimentación para corregir el PFC:

  • PFC Activo (Active PFC - APFC): Se consigue mediante la instalación de FETs y diodos, los cuales consiguen un factor de potencia superior al 85%.
  • PFC Pasivo (Passice PFC - PPFC): Se consigue mediante la instalación de condensadores y bobinas, los cuales consiguen un factor de potencia inferior al 85%.

 

Eficiencia

Como hemos visto anteriormente, la fuente de alimentación se encarga de transformar la corriente alterna de entrada en corriente continua que entrega a los diferentes componentes del equipo. En este proceso de transformación, la corriente eléctrica malgasta parte de su energía en forma de calor en los diferentes pasos de la transformación. Si una fuente de alimentación está entregando 500W a los componentes del equipo microinformático, seguramente esté recogiendo de la instalación eléctrica más de esos 500W. Por tanto, la eficiencia es la relación entre la potencia entregada a los componentes del equipo y la potencia que consume de la instalación eléctrica. Se puede expresar en un valor entre 0 y 1, o en porcentaje.

Eficiencia = Potencia salida / Potencia de entrada

Por ejemplo, si salen 500W pero entran 545W, estamos hablando de una eficiencia de:

Eficiencia = 500 / 545 = 0,91 = 91%

Esta potencia de más consumida por la fuente de alimentación sí es facturada por nuestra compañía eléctrica (no confundamos eficiencia con factor de potencia).

Una fuente de alimentación con mayor eficiencia siempre será más interesante siempre que tenga componentes de calidad.

En las especificaciones de la fuente de alimentación solemos encontrar una gráfica en la que se representa la eficiencia en función de la carga (potencia de salida) a la que se somente dicha fuente. Podemos ver un ejemplo en la siguiente imagen.

 

Certificación 80 Plus

80 Plus es un certificado que solicitan los fabricantes de fuentes de alimentación para indicar que sus fuentes cumplen con unos valores altos de eficiencia. Se ha ganada una reputación tan buena que hasta Energy Star lo exige en sus certificados.

Esta certificación mide los valores de eficiencia cuando la fuente de alimentación está al 20%, al 50% y al 100% de su carga (es decir, del consumo de potencia), y según los valores alcanzados podrá obtener una certificación más baja o más alta. En todos los casos, 80 Plus exige también un factor de corrección de potencia (PFC) mínimo. Esta certificación no mide ningún otro parámetro de la fuente de alimentación, sólo su eficiencia.

En la siguiente tabla podemos ver las certificaciones posibles de una fuente de alimentación no redundante al 230V.

80 PLUS Certificación 230V EU No redundante
  10% 20% 50% 100%
80 PLUS White - 82% 85% PFC ≥ 0.90 82%
80 PLUS Bronze - 85% 88% PFC ≥ 0.90 85%
80 PLUS Silver - 87% 90% PFC ≥ 0.90 87%
80 PLUS Gold - 90% 92% PFC ≥ 0.90 89%
80 PLUS Platinum - 92% 94% PFC ≥ 0.95 90%
80 PLUS Titanium 90% 94% PFC ≥ 0.95 96% 94%

 

Certificación Cybenetics ETA

La certificación ETA de Cybenetics también se encarga de otorgar una clasificación a las fuentes de alimentación en función de su eficiencia, pero también miran su rendimiento eléctrico, cableado, aspectos como el fabricante o el ventilador que usan.

Han acabado adptando un sistema de clasificación parecido al de 80 Plus con los metales, ya que anteriormente tenían una clasificación de letras de la A a la E:

Certificación
(230V Input)
Eficiencia PFC 5VSB Eficiencia Consumo fantasma
DIAMOND ≥95 overall efficiency ≥0.945  >78% <0.12W
TITANIUM ≥93% & <95% overall efficiency ≥0.940 >76% <0.15W
PLATINUM ≥91% & <93% overall efficiency ≥0.935 >75% <0.18W
GOLD ≥89% & <91% overall efficiency ≥0.930 >74% <0.20W
SILVER ≥87% & <89% overall efficiency ≥0.920 >72% <0.23W
BRONZE ≥84% & <87% overall efficiency ≥0.910 >70% <0.25W

 

Cableado

La disposición del cableado que sale de la fuente de alimentación hacia los componentes del equipo hará que podamos hablar de tres tipos de fuentes de alimentación:

  • Cableado fijo: Es aquel que no se puede quitar de la fuente de alimentación. Abarata el precio pero no permite que podamos quitar aquellos cables que no nos van a servir.

  • Cableado modular: Es aquel que se puede conectar y quitar de la fuente de alimentación. Encarece el precio, pero permite colocar solamente aquellos cables que necesitamos. Estos conectores no suelen seguir un estándar, por lo que sólo podremos colocar los del propio fabricante, el cual ya los incluye al comprar la fuente de alimentación.

  • Cableado semi-modular: Es aquel que incluye una serie de cables fijos, suelen ser los que alimentan la placa base y el microprocesador, y otros cables modulares para conectar sólo los que necesitemos.

 

Conectores de salida

Conocer qué conectores posee la fuente de alimentación es importante para no tener problema al conectar ninguno de los componentes del equipo durante el montaje.

La fuente de alimentación poseerá un número de conectores adecuado a su potencia.

 

ATX de 20 pines / ATX de 24 pines / ATX de 20+4 pines

Es el conector que alimenta a la placa base, antiguamente de 20 pines, aunque actualmente posee 24 pines. Casi siempre está compuesto de un bloque de 20 pines, al que podemos agregar un bloque de 4 pines, esto a fin de respetar la compatibilidad con las antiguas placas con conectores de 20 pines.

En la siguiente imagen podemos observar los voltajes presentes en cada uno de los pines del conector ATX, ya sea de 20 o 24 pines.

Imagen de Luis Llamas (CC-BY-NC-SA-3.0)

  • +3.3VDC (naranja): alimentaban los chipsets, ranuras de memoria, ranuras de expansión PCI/AGP/PCIe (actualmente sin uso).
  • +5VDC (rojo): alimentan los dispositivos de almacenamiento, ventiladores, ranuras de expansión PCI/AGP/ISA (actualmente con un uso muy reducido).
  • +12VDC (amarillo): alimentan motores, dispositivos de alto voltaje, ranuras de expansión AGP/PCIe (actualmente el uso mayoritario).
  • -12VDC (azul): sin uso.
  • +5VSB (morado): es un pin del que se obtiene el voltaje necesario para mantener los leds del standby encendidos.
  • PWR_OK (gris): indica mediante un voltaje continuo de 5V en ese pin que todo está correcto en la fuente de alimentación.
  • PS_ON (verde): sirve para iniciar la fuente de alimentación. Cuando la fuente está en apagada, este pin tiene un voltaje que está entre 3V y 5V. Cuando se presiona el botón de encendido de la placa base se produce una conexión de este pin a uno de tierra, consiguiendo un valor de 0V y produciéndose el encendido de la fuente de alimentación.
  • COM (negro): son los pines con los que se cierran los circuitos del resto de pines.

 

ATX P4 / ATX 12V / EPS 12V

Este conector fue introducido por Intel para los Pentium 4, se conecta a la placa base y es reservado exclusivamente para la alimentación del microprocesador, sin él es imposible iniciar el ordenador. Formado por 4 pines y conocido como ATX P4.

En la actualidad la mayoría de placas bases poseen 8 pines, debido al aumento de la potencia de la CPU. En las últimas normas de fuentes de alimentación, esto se traduce en el uso de un conector de 8 pines ATX 12V (llamado a veces EPS 12V), compuesto de 2 bloques de 4 pines (4+4), para garantizar la compatibilidad con las placas antiguas y el clásico ATX P4. Los cables son de color negro y amarillo (+12VDC).

 

 PCI Express / PCI-E / PCIe

Este conector alimenta directamente a las tarjetas gráficas que necesitan energía adicional a la que le proporciona la ranura de la placa base. Lo podemos encontrar de 6 pines, 8 pines o desmontable de 2+6 pines.

 

 SATA

Está presente en todos los ordenadores modernos. Básicamente sirve para la alimentación de disco duros y grabadoras de interfaz SATA. Proporcionar +3.3VDC, +5VDC y +12VDC en sus diferentes pines.

 

Molex / 4 pin Peripheral

El más clásico, aún lo podemos encontrar presente en las fuentes de alimentación aunque está tendiendo a desaparecer completamente. Sirve para conectar discos duros, unidades de todo tipo (lectora, grabadora, cintas), ventiladores, etc. Produce una salida de +12VDC en el hilo amarillo y +5VDC en el hilo rojo.

 

FDD / P7

Conector utilizado en pequeños dispositivos como la disquetera. Actualmente obsoleto.

 

Conversores y duplicadores de conectores de salida

Si nuestra fuente de alimentación no posee algún conector de salida en concreto, podemos comprar conversores que adapten alguno de nuestros conectores al que buscamos.

Si por el contrario, lo que nos pasa es que nos quedamos cortos en el número de conectores, tenemos también la posibilidad de comprar duplicadores que aumenten el número de estos conectores. En este caso debemos tener cuidado de no sobrepasar la potencia máxima de la fuente de alimentación al conectar más dispositivos para los que está preparada.

Listamos algunos de los más usuales.

 

Conversor Molex a SATA y viceversa

Podemos encontrar sin dificultad conversores molex/sata si nuestra fuente de alimentación no los posee.

Conversor Molex/SATA (izquierda) y SATA/Molex (derecha)

 

Conversor Molex a PCIe

Si tu fuente de alimentación no dispone de conectores PCI Express para la tarjeta gráfica, existen conversores desde Molex a PCIe de 6 u 8 pines.

 

Duplicador Molex/Molex o SATA/SATA

Consiste en obtener de un conector Molex o SATA otros dos conectores del mismo tipo, para tener más conectores que poder utilizar.

 

 

Refrigeración

La refrigeración se lleva a cabo en la fuente de alimentación mediante un ventilador de manera general. El tamaño de este ventilador va a venir dado según los centímetros de su diámetro. El flujo de aire que genera el ventilador vendrá medido en CFM (Cubic Feet per Minute - Pies Cúbicos por Minuto). Este ventilador se encuentra normalmente en la cara interna de la fuente de alimentación.

Existen también fuentes que por su poco consumo de energía no necesitan refrigeración y lo único que contienen es un disipador.

Por tanto, podemos encontrar tres tipos de refrigeración:

  • Activa: aquella en la que el ventilador está siempre en funcionamiento.
  • Semiactiva: aquella en la que el ventilador está apagado y entra en funcionamiento sólo a partir de un determinado consumo.
  • Pasiva: aquella que sólo posee disipador.

 

Nivel de ruido sonoro

El nivel de ruido de una fuente de alimentación va a depender en su mayor parte del ruido que produzca su ventilador. Por lo que un ventilador de mejor calidad conseguirá un bajo nivel sonoro.

Se mide en decibelios (dB).

 

Certificación Cybenetics Lambda

La certificación Lambda de Cybenetics también se encarga de otorgar una clasificación a las fuentes de alimentación en función del nivel de ruido que producen.

En la siguiente tabla se pueden observar las distintas certificaciones y sus requerimentos de ruido.

Certificación (115V/230V Input) Ruido
A++ <15 dB(A)
A+ ≥15 dB(A) & <20 dB(A)
A ≥20 dB(A) & <25 dB(A)
A- ≥25 dB(A) & <30 dB(A)
Standard ++ ≥30 dB(A) & <35 dB(A)
Standard + ≥35 dB(A) & <40 dB(A)
Standard ≥40 dB(A) & <45 dB(A)

 

 

Etiqueta informativa

En la fuente de alimentación encontraremos una etiqueta que indica la información correspondiente a la fuente de alimentación. Entre ella podemos encontrar la siguiente:

  • Marca y modelo.

  • Potencia de salida máxima (Max Output Power) expresada en vatios (W).

  • PFC (Power Factor Correction) indica que posee Factor de Corrección de Potencia.

  • AC Input: Corriente alterna de entrada que acepta. Si indica 200-240V sólo se podrá utilizar en países como España donde la corriente alterna es a 220V. Si indica 100-240V se podrá utilizar en la mayoría de países, tanto en España con 220V como en Estados Unidos con 125V.

  • DC Output: Corriente continua que proporciona e intensidad en cada una de las tensiones.

 

Conector de entrada y cable de alimentación

La fuente de alimentación posee a su entrada, para recibir la corriente alterna, el conector denominado IEC C14 (International Electrotechnical Commission). Además puede incuir un interruptor para cortar la corriente de entrada sin desenchfar el cable de alimentación.

Para conectar la fuente de alimentación a la red eléctrica utilizaremos un cable de alimentación que posea en el extremo de la fuente de alimentación el conector IEC C13.

Y en el extremo de la instalación eléctrica un conector Schuko francés CEE 7/7 (Tipo E+F).

 

Otros tipos de enchufes

Existe otro conector denominado Schuko CEE 7/4 (Tipo F) que se parece al anterior, pero no posee el orificio central donde entra una clavija para la toma de tierra. Aunque en España no utilizamos esa clavija de toma de tierra, no es normal encontrar este tipo de enchufes en los equipos microinformáticos ni en las alargaderas de corriente.

Cada pais adopta un tipo de enchufe en función de las características de sus instalaciones eléctricas, en las siguientes imágenes podemos ver el de Estados Unidos y el Reino Unido.

En el siguiente enlace podéis consultar todos los tipos de enchufes y clavijas alrededor del mundo:

La interoperabilidad de enchufes y clavijas

Y también un podcast en el que hablan de por qué existen diferentes tipos de enchufes:

Descripción de ¿Por qué existen diferentes tipos de enchufes?

 

 

Protección

La fuente de alimentación, y la mayoría de dispositivos eléctricos, suelen incluir un fusible, el cual se rompería y cortaría la corriente eléctrica de entrada en caso de un cortocircuito o sobrecarga en el dispositivo. La corriente eléctrica admitida por el fusible viene medida en amperios (A).

 

 

Fuente de alimentación redundante

Es una fuente de alimentación especial, con un factor de forma determinado, que posee internamente dos fuentes de alimentación que trabajan en paralelo y que permiten seguir proporcionando energía eléctrica al equipo aunque una de ellas deje de funcionar.

 

Bibliografía