Power supply
La fuente convierte los 230 V alternos del enchufe en los 12, 5 y 3,3 V continuos que la máquina necesita — y es la única pieza que te puede matar.
Introducción
Del enchufe sale corriente alterna a 230 V, que cambia de sentido cincuenta veces por segundo.
Un transistor necesita corriente continua a 12, 5 o 3,3 V, estable, sin variaciones.
Entre las dos cosas está la fuente de alimentación, y es la pieza a la que menos atención se presta cuando se monta un ordenador.
También es la que, cuando falla, se lleva otras cosas por delante.
De alterna a continua
Convertir alterna en continua se hace en cuatro pasos.
El transformador baja el voltaje. Dos bobinas sobre un núcleo magnético: la relación entre el número de espiras de cada una decide la relación entre los voltajes. Solo funciona con corriente alterna, y por eso es el primer bloque y no otro.
El rectificador — un puente de diodos — hace que toda la corriente vaya en el mismo sentido. El resultado todavía sube y baja, pero ya no cambia de signo.
El filtro, un condensador grande, se llena en los picos y se vacía en los valles, y alivia esas subidas y bajadas. Lo que queda se llama rizado, y cuanto más pequeño es, más limpia es la fuente.
El regulador fija la salida al valor exacto aunque la entrada o el consumo varíen.
Esto es una fuente lineal: sencilla, muy limpia, y con dos problemas graves.
El regulador consigue bajar el voltaje quemando el excedente en forma de calor, de modo que la eficiencia es baja.
Y el transformador, que trabaja a 50 Hz, tiene que ser grande y pesado: cuanto más baja es la frecuencia, más núcleo magnético hace falta.
Para un ordenador de 500 W, todo esto es inviable. Las fuentes lineales han quedado para laboratorio y para audio, donde la pureza de la señal vale el precio.
La fuente conmutada
La fuente de un ordenador es conmutada (switching), y hace lo mismo por otro camino.
En lugar de bajar el voltaje con un transformador de 50 Hz, primero rectifica y filtra los 230 V directamente, y después los trocea con un transistor que se abre y se cierra decenas de miles de veces por segundo.
Esa onda cuadrada de alta frecuencia sí que pasa por un transformador, pero mucho más pequeño: cuanto más alta es la frecuencia, menos núcleo hace falta.
Después se vuelve a rectificar y filtrar, y se obtienen los voltajes finales.
Los bloques, pues, son cuatro:
- Rectificación y filtrado de entrada. Los 230 V alternos pasan a continuos y pulsantes.
- Conmutación. Un transistor los convierte en una onda cuadrada de alta frecuencia, que atraviesa el transformador. Según cómo esté montado el circuito se llama topología buck, boost o buck-boost.
- Rectificación y filtrado secundario. La salida del transformador se vuelve a rectificar y alisar para obtener continua limpia.
- Control. Un oscilador de frecuencia fija, una tensión de referencia, un comparador y un modulador de anchura de pulso. El comparador mira la salida real, la compara con la referencia, y el modulador ajusta cuánto tiempo está abierto el transistor en cada ciclo.
Si pides más corriente, lo abre más tiempo. Si pides menos, menos.
La ventaja es la eficiencia: el transistor o está abierto del todo o cerrado del todo, y en ninguno de los dos estados disipa mucho. Una fuente conmutada moderna llega al 90 % y pico.
El precio es la complejidad, y que genera ruido eléctrico de alta frecuencia que hay que filtrar para no molestar al resto del equipo.
Los formatos
Una fuente debe caber en la caja, y por tanto también tiene factores de forma normalizados.
| Formato | Medidas | Potencia típica | Dónde se usa |
|---|---|---|---|
| ATX | 150 × 86 × 140–200 mm | hasta más de 2 000 W | torre normal |
| SFX | 125 × 63,5 × 100 mm | hasta 600–700 W | cajas muy compactas |
| SFX-L | 125 × 63,5 × 130 mm | hasta 800 W | compactas, con ventilador más grande |
| TFX | 85 × 65 × 175 mm | hasta 350 W | cajas finas de oficina |
| Flex ATX | 81,5 × 40,5 × 150 mm | ~250 W | equipos de marca muy pequeños |
| 1U / 2U | 100 mm de ancho, 40,5 o 70 mm de alto | variable | servidores de rack |
La única medida que cambia entre ATX y SFX-L es la profundidad, y por eso muchas cajas aceptan ambas con un adaptador.
Los voltajes
Una fuente ATX da tres tensiones positivas, y el código de colores de los cables es estándar:
| Color | Tensión | Para qué |
|---|---|---|
| Amarillo | +12 V | procesador, gráfica, motores de disco, ventiladores |
| Rojo | +5 V | electrónica de los discos, puertos USB |
| Naranja | +3,3 V | memoria, chipset |
| Negro | 0 V | masa |
| Morado | +5 V en reposo (+5VSB) | mantiene viva la placa con el ordenador apagado |
| Verde | PS_ON | señal de encendido |
| Gris | PWR_OK | señal de «todo correcto» |
| Azul | −12 V | puertos serie antiguos; casi no se usa |
Las tres primeras son las que hacen el trabajo, y la de 12 V es la que se lleva la mayor parte: un procesador y una tarjeta gráfica modernos se alimentan casi solo de esta línea.
Las tres siguientes no alimentan nada: son señales.
Las tres señales
El morado es el que hace que el ordenador se pueda encender. Con el cable enchufado y el ordenador «apagado», la placa sigue recibiendo 5 V en reposo, y con eso vigila el botón de encendido, el teclado y la red — el Wake on LAN sale de aquí.
El verde, PS_ON, es el que enciende la fuente. Cuando pulsas el botón, la placa lo conecta a masa, y la fuente arranca. Es activo a nivel bajo: cuando está a 0 V, la fuente está encendida.
El gris, PWR_OK, va en sentido contrario: la fuente lo activa unos centenares de milisegundos después de arrancar, cuando todos los voltajes son estables. Hasta que la placa no lo recibe, no deja salir al procesador del estado de reinicio.
Sin esta señal, el procesador empezaría a ejecutar instrucciones con voltajes que todavía suben, y el resultado sería imprevisible.
Qué desviación se admite
La especificación ATX permite un 5 % de desviación en las líneas principales:
| Línea | Rango aceptable |
|---|---|
| +12 V | 11,40 – 12,60 V |
| +5 V | 4,75 – 5,25 V |
| +3,3 V | 3,14 – 3,47 V |
Una lectura fuera de este margen, o que baila mientras la miras, es una fuente para cambiar.
Los conectores
| Conector | Pines | Alimenta |
|---|---|---|
| ATX | 24 | la placa base |
| EPS / ATX12V | 4+4 | el procesador |
| PCIe | 6+2 | la tarjeta gráfica |
| 12V-2x6 | 12+4 | tarjetas gráficas modernas, hasta 600 W |
| SATA | 15 | discos y SSD |
| Molex | 4 | ventiladores y periféricos antiguos |
Los que se dividen — el 4+4 y el 6+2 — son así por compatibilidad: una placa antigua solo tiene cuatro pines para la CPU, y una gráfica modesta solo necesita seis.
Todos tienen una forma que impide conectarlos al revés, y los que se podrían confundir entre ellos no encajan.
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