Publicado: El domingo 26 marzo 2017, a las 14:31
Visto en: Hardzone
Cómo funciona una fuente de alimentación y por qué es tan importante

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.

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

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.

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

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

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

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.

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

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.