Una unidad de fuente de alimentación ( PSU ) convierte la red eléctrica de CA en energía CC regulada de bajo voltaje para los componentes internos de una computadora. Las computadoras personales modernas utilizan universalmente fuentes de alimentación de modo conmutado . Algunas fuentes de alimentación tienen un interruptor manual para seleccionar el voltaje de entrada, mientras que otras se adaptan automáticamente al voltaje principal.
La mayoría de las fuentes de alimentación de computadoras personales de escritorio modernas cumplen con la especificación ATX , que incluye factor de forma y tolerancias de voltaje. Mientras una fuente de alimentación ATX está conectada a la red eléctrica, siempre proporciona una alimentación de reserva de 5 voltios (5VSB) para que las funciones de reserva de la computadora y ciertos periféricos estén alimentadas. Las fuentes de alimentación ATX se encienden y apagan mediante una señal de la placa base . También proporcionan una señal a la placa base para indicar cuándo los voltajes de CC están dentro de las especificaciones, de modo que la computadora pueda encenderse y arrancar de manera segura. El estándar de fuente de alimentación ATX más reciente es la versión 3.0 de mediados de 2022.
La fuente de alimentación de la computadora de escritorio convierte la corriente alterna (CA) de una toma de pared de la red eléctrica en corriente continua (CC) de bajo voltaje para operar la placa base, el procesador y los dispositivos periféricos. Se requieren varios voltajes de corriente continua y deben regularse con cierta precisión para proporcionar un funcionamiento estable de la computadora. Un riel de suministro de energía o riel de voltaje se refiere a un voltaje único proporcionado por una fuente de alimentación. [1]
Algunas fuentes de alimentación también pueden suministrar un voltaje de espera , de modo que la mayor parte del sistema informático se pueda apagar después de prepararse para la hibernación o el apagado, y volver a encenderse en caso de un evento. La energía en espera permite que una computadora se inicie de forma remota a través de Wake-on-LAN y Wake-on-ring o localmente a través de Keyboard Power ON (KBPO) si la placa base lo admite. Este voltaje de espera puede ser generado por una pequeña fuente de alimentación lineal dentro de la unidad o una fuente de alimentación conmutada, compartiendo algunos componentes con la unidad principal para ahorrar costos y energía.
Las unidades de suministro de energía para microcomputadoras y computadoras domésticas de primera generación utilizaban un pesado transformador reductor y una fuente de alimentación lineal, como se usó, por ejemplo, en el Commodore PET introducido en 1977. El Apple II , también presentado en 1977, se destacó por su fuente de alimentación de modo conmutado , que era más ligera y más pequeña que una fuente de alimentación lineal equivalente y que no tenía ventilador de refrigeración. La fuente de alimentación de modo conmutado utiliza un transformador de alta frecuencia con núcleo de ferrita y transistores de potencia que conmutan miles de veces por segundo. Al ajustar el tiempo de conmutación del transistor, el voltaje de salida se puede controlar estrechamente sin disipar energía en forma de calor en un regulador lineal. El desarrollo de transistores de alta potencia y alto voltaje a precios económicos hizo que fuera práctico introducir en las computadoras personales de escritorio suministros de modo conmutado, que se habían utilizado en la industria aeroespacial, mainframes, minicomputadoras y televisión en color. El diseño de Apple II del ingeniero de Atari Rod Holt recibió una patente [2] [3] y estuvo a la vanguardia del diseño moderno de fuentes de alimentación para computadoras. Actualmente, todas las computadoras modernas utilizan fuentes de alimentación de modo conmutado, que son más ligeras, menos costosas y más eficientes que las fuentes de alimentación lineales equivalentes.
Las fuentes de alimentación de computadora pueden tener protección contra cortocircuitos, protección contra sobrecarga (sobrecarga), protección contra sobretensión, protección contra subtensión, protección contra sobrecorriente y protección contra sobretemperatura.
Las fuentes de alimentación diseñadas para uso mundial alguna vez estuvieron equipadas con un interruptor selector de voltaje de entrada que permitía al usuario configurar la unidad para su uso en la red eléctrica local. En el rango de voltaje más bajo, alrededor de 115 V, este interruptor se enciende cambiando el rectificador de voltaje de la red eléctrica a un duplicador de voltaje en el diseño del circuito Delon . Como resultado, el gran capacitor del filtro primario detrás de ese rectificador se dividió en dos capacitores conectados en serie, balanceados con resistencias de purga y varistores que eran necesarios en el rango de voltaje de entrada superior, alrededor de 230 V. Conexión de la unidad configurada para el rango inferior La conexión a una red de mayor voltaje generalmente provocaba daños permanentes inmediatos. Cuando se requería la corrección del factor de potencia (PFC), esos condensadores de filtro se reemplazaban por otros de mayor capacidad, junto con una bobina instalada en serie para retrasar la corriente de entrada. Este es el diseño simple de un PFC pasivo.
El PFC activo es más complejo y puede alcanzar un PF más alto, hasta el 99 %. Los primeros circuitos PFC activos simplemente retrasaron la irrupción. Los más nuevos funcionan como un convertidor elevador controlado por condición de entrada y salida, suministrando un solo condensador de filtro de 400 V desde una fuente de entrada de amplio rango, generalmente entre 80 y 240 V. Los circuitos PFC más nuevos también reemplazan la corriente de entrada basada en NTC. limitador, que es una pieza costosa que anteriormente se encontraba junto al fusible.
La primera unidad de fuente de alimentación (PSU) para PC de IBM suministraba dos voltajes principales: +5 V y +12 V. Suministraba otros dos voltajes, −5 V y −12 V, pero con cantidades limitadas de energía. La mayoría de los microchips de la época funcionaban con una alimentación de 5 V. De los 63,5 W que podían entregar estas fuentes de alimentación, la mayor parte estaba en este riel de +5 V.
El suministro de +12 V se utilizó principalmente para operar motores como unidades de disco y ventiladores de refrigeración. A medida que se agregaron más periféricos, se entregó más energía en el riel de 12 V. Sin embargo, dado que la mayor parte de la energía la consumen los chips, el riel de 5 V aún entrega la mayor parte de la energía. El riel de −12 V se usó principalmente para proporcionar voltaje de suministro negativo a los puertos serie RS-232 . Se proporcionó un riel de -5 V para los periféricos en el bus ISA (como tarjetas de sonido), pero no fue utilizado por ninguna placa base que no sea la placa base original de IBM PC.
Se utiliza un cable adicional denominado 'Power Good' para evitar el funcionamiento de los circuitos digitales durante los milisegundos iniciales del encendido de la fuente de alimentación, cuando los voltajes y corrientes de salida aumentan pero aún no son suficientes o estables para el funcionamiento adecuado del dispositivo. Una vez que la potencia de salida está lista para usarse, la señal Power Good le indica al circuito digital que puede comenzar a operar.
Las fuentes de alimentación originales de IBM para PC (modelo 5150), XT y AT incluían un interruptor de alimentación de voltaje de línea que se extendía por el costado de la carcasa de la computadora. En una variante común que se encuentra en las torres , el interruptor de voltaje de línea se conectaba a la fuente de alimentación con un cable corto, lo que permitía montarlo aparte de la fuente de alimentación.
Una de las primeras fuentes de alimentación para microcomputadoras estaba completamente encendida o apagada, controlada por el interruptor mecánico de voltaje de línea, y los modos inactivos de bajo consumo de energía que ahorraban no eran una consideración de diseño de las primeras fuentes de alimentación para computadoras. Por lo general, estas fuentes de alimentación no eran capaces de utilizar modos de ahorro de energía, como modo de espera o "apagado suave", ni controles de encendido programados.
Debido al diseño siempre encendido, en caso de un cortocircuito , se fundiría un fusible o una fuente de alimentación conmutada cortaría repetidamente la energía, esperaría un breve período de tiempo e intentaría reiniciar. Para algunas fuentes de alimentación, el reinicio repetido se escucha como un chirrido o tictac rápido y silencioso emitido por el dispositivo.
Cuando Intel desarrolló el conector de alimentación estándar ATX (publicado en 1995), los microchips que funcionaban con 3,3 V se estaban volviendo más populares, comenzando con el microprocesador Intel 80486DX4 en 1994, y el estándar ATX suministra tres rieles positivos: +3,3 V, +5 V. y +12 V. Las computadoras anteriores que requerían 3,3 V generalmente lo obtenían de un regulador lineal simple pero ineficiente conectado al riel de +5 V.
El conector ATX proporciona múltiples cables y conexiones de alimentación para el suministro de 3,3 V, porque es más sensible a la caída de voltaje en las conexiones de suministro. Otra adición de ATX fue el riel +5 V SB (en espera) para proporcionar una pequeña cantidad de energía en espera , incluso cuando la computadora estaba nominalmente "apagada".
Cuando una computadora está en modo de suspensión ACPI S3, solo se usa el riel SB de +5 V.
Existen dos diferencias básicas entre las fuentes de alimentación AT y ATX: los conectores que proporcionan energía a la placa base y el interruptor de software. En los sistemas estilo ATX, el interruptor de alimentación del panel frontal proporciona sólo una señal de control a la fuente de alimentación y no cambia el voltaje de CA de la red eléctrica. Este control de bajo voltaje permite que otro hardware o software de computadora encienda y apague el sistema.
Dado que las fuentes de alimentación ATX comparten ambos, el mismo ancho y alto (150 × 86 mm (5,9 × 3,4 pulgadas)) y el mismo diseño de montaje (cuatro tornillos dispuestos en la parte posterior de la unidad), con el formato anterior, no hay diferencia física importante que impide que una caja AT acepte una fuente de alimentación ATX (o viceversa, si la caja puede albergar el interruptor de alimentación que necesita una fuente de alimentación AT), siempre que la fuente de alimentación específica no sea demasiado larga para el caso específico.
A medida que los transistores se vuelven más pequeños en los chips, se vuelve preferible operarlos con voltajes de suministro más bajos, y el voltaje de suministro más bajo a menudo es deseado por el chip más denso, la unidad central de procesamiento . Para suministrar grandes cantidades de energía de bajo voltaje al Pentium y a los microprocesadores posteriores, se comenzó a incluir en las placas base una fuente de alimentación especial, el módulo regulador de voltaje . Los procesadores más nuevos requieren hasta 100 A a 2 V o menos, lo que no resulta práctico suministrar desde fuentes de alimentación externas.
Inicialmente, esto era suministrado por la fuente principal de +5 V, pero a medida que aumentaron las demandas de energía, las altas corrientes necesarias para suministrar suficiente energía se volvieron problemáticas. Para reducir las pérdidas de energía en el suministro de 5 V, con la introducción del microprocesador Pentium 4 , Intel cambió la fuente de alimentación del procesador para que funcione con +12 V y agregó el conector P4 de cuatro pines separado al nuevo estándar ATX12V 1.0 para suministrar ese poder.
Las modernas unidades de procesamiento de gráficos de alta potencia hacen lo mismo, lo que da como resultado que la mayor parte del requerimiento de energía de una computadora personal moderna esté en el riel de +12 V. Cuando se introdujeron por primera vez las GPU de alta potencia, las fuentes de alimentación ATX típicas tenían un "pesado de 5 V" y sólo podían suministrar entre el 50 y el 60% de su salida en forma de alimentación de 12 V. Por lo tanto, los fabricantes de GPU, para garantizar 200–250 W de potencia de 12 V (carga máxima, CPU+GPU), recomendaron fuentes de alimentación de 500–600 W o más. Las fuentes de alimentación ATX más modernas pueden entregar casi toda (normalmente entre el 80 y el 90 %) de su capacidad nominal total en forma de alimentación de +12 V.
Debido a este cambio, es importante considerar la capacidad de suministro de +12 V, en lugar de la capacidad de alimentación general, cuando se utiliza una fuente de alimentación ATX más antigua con una computadora más reciente.
Los fabricantes de fuentes de alimentación de baja calidad a veces se aprovechan de esta sobreespecificación asignando clasificaciones de suministro de energía excesivamente altas, sabiendo que muy pocos clientes entienden completamente las clasificaciones de suministro de energía. [4]
Los suministros de voltaje del riel de +3,3 V y +5 V rara vez son un factor limitante; En general, cualquier suministro con una clasificación suficiente de +12 V tendrá la capacidad adecuada a voltajes más bajos. Sin embargo, la mayoría de los discos duros o tarjetas PCI crearán una carga mayor en el riel de +5 V.
Las CPU y los dispositivos lógicos de la placa base más antiguos se diseñaron para un voltaje de funcionamiento de 5 V. Las fuentes de alimentación para esas computadoras regulan la salida de 5 V con precisión y suministran el riel de 12 V en una ventana de voltaje específica dependiendo de la relación de carga de ambos rieles. El suministro de +12 V se usó para motores de ventiladores de computadora , motores de unidades de disco e interfaces en serie (que también usaban el suministro de -12 V). Otro uso de los 12 V vino con las tarjetas de sonido, utilizando amplificadores de potencia de audio con chip lineal , a veces filtrados por un regulador lineal de 9 V en la tarjeta para reducir el ruido de los motores.
Desde ciertas variantes del i386 , las CPU utilizan voltajes de funcionamiento más bajos, como 3,3 o 3,45 V. Las placas base tenían reguladores de voltaje lineales, suministrados por el riel de 5 V. Los puentes o interruptores DIP configuran los voltajes de salida según las especificaciones de la CPU instalada. Cuando las CPU más nuevas requirieron corrientes más altas, los reguladores de voltaje de modo de conmutación, como los convertidores reductores, reemplazaron a los reguladores lineales para lograr eficiencia.
Desde la primera revisión del estándar ATX , las fuentes de alimentación debían tener un riel de voltaje de salida de 3,3 V. En raras ocasiones, un regulador lineal generaba estos 3,3 V, suministrados desde los 5 V y convirtiendo el producto de la caída de voltaje y la corriente en calor. En el diseño más común, este voltaje se genera cambiando y transformando los pulsos del riel de 5 V en un estrangulador adicional , lo que hace que el voltaje aumente con retraso y se rectifique por separado en un riel dedicado de 3,3 V [5] y se corte el aumento del voltaje inactivo. por un dispositivo tipo TL431 , [6] que se comporta de manera similar a un diodo Zener . Los reguladores posteriores gestionaron todos los carriles de 3,3, 5 y 12 V. Al cortar el pulso mediante el regulador de voltaje, se controla la relación de 3,3 y 5 V. Algunas de estas fuentes de alimentación utilizan dos inductores diferentes, que se alimentan al riel de 3,3 V desde el transformador para gestionar las cargas cambiantes mediante pulsos con una relación entre las salidas de 3,3 y 5 V. En diseños que utilizan choques idénticos, el ancho del pulso controla la relación. [7]
Con el Pentium 4 y las nuevas generaciones de computadoras, el voltaje de los núcleos de la CPU cayó por debajo de 2 V. La caída de voltaje en los conectores obligó a los diseñadores a colocar este tipo de convertidores al lado del dispositivo. Un mayor consumo de energía máximo requirió que los convertidores reductores ya no se alimentaran desde 5 V y se cambiaran a una entrada de 12 V, para disminuir la corriente requerida de la fuente de alimentación.
En los variadores se instala un pequeño regulador de voltaje lineal para mantener estable el +3,3 V alimentándolo desde el riel de +5 V.
La especificación de fuente de alimentación de nivel de entrada (EPS) es una unidad de fuente de alimentación destinada a computadoras de alto consumo de energía y servidores de nivel de entrada. Desarrollado por el foro Server System Infrastructure (SSI), un grupo de empresas que incluye a Intel, Dell, Hewlett-Packard y otras, que trabajan con estándares de servidores, el factor de forma EPS es un derivado del factor de forma ATX . La última especificación es v2.93.
El estándar EPS proporciona un entorno más potente y estable para aplicaciones y sistemas críticos basados en servidores. Las fuentes de alimentación EPS tienen un conector de alimentación de placa base de 24 pines y un conector de +12 V de ocho pines. El estándar también especifica dos conectores adicionales de cuatro pines de 12 V para placas que consumen más energía (uno requerido en PSU de 700 a 800 W, ambos requeridos en PSU de 850 W+). Las fuentes de alimentación EPS son, en principio, compatibles con las placas base ATX o ATX12V estándar que se encuentran en hogares y oficinas, pero puede haber problemas mecánicos cuando el conector de 12 V y, en el caso de las placas más antiguas, el conector sobresalga de los zócalos. [8] Muchos proveedores de fuentes de alimentación utilizan conectores donde las secciones adicionales se pueden soltar para evitar este problema. Al igual que con las versiones posteriores del estándar ATX PSU, tampoco hay un riel de −5 V.
A medida que aumentó la capacidad de la fuente de alimentación, se modificó el estándar de fuente de alimentación ATX (comenzando con la versión 2.0 [9] ) para incluir:
3.2.4. Límite de potencia/niveles de energía peligrosos
En condiciones normales o de sobrecarga, ninguna salida debe proporcionar continuamente más de 240 VA bajo ninguna condición de carga, incluido el cortocircuito de salida, según el requisito de UL 1950/CSA 950/EN 60950/IEC 950.— Guía de diseño de fuentes de alimentación ATX12V, versión 2.2 [10]
Posteriormente, el requisito se eliminó de la versión 2.3 (marzo de 2007) de las especificaciones de la fuente de alimentación ATX12V, [11] pero condujo a una distinción en las fuentes de alimentación ATX modernas entre rieles simples y múltiples.
La regla tenía como objetivo establecer un límite seguro en la corriente capaz de pasar a través de cualquier cable de salida. Una corriente suficientemente grande puede causar daños graves en caso de un cortocircuito , o puede derretir el cable o su aislamiento en caso de una falla, o potencialmente provocar un incendio o dañar otros componentes. La regla limita cada salida a menos de 20 amperios , y los suministros típicos garantizan una disponibilidad de 18 A. Las fuentes de alimentación capaces de entregar más de 18 A a 12 V proporcionarían su salida en grupos de cables (llamados "rieles"). Cada riel entrega hasta una cantidad limitada de corriente a través de uno o más cables, y cada riel está controlado independientemente por su propio sensor de corriente que corta el suministro en caso de exceso de corriente. A diferencia de un fusible o un disyuntor , estos límites se restablecen tan pronto como se elimina la sobrecarga. Normalmente, una fuente de alimentación garantizará al menos 17 A a 12 V al tener un límite de corriente de 18,5 A ± 8% . Por lo tanto, se garantiza que suministrará al menos 17 A y se cortará antes de 20 A. Los límites de corriente para cada grupo de cables se documentan para que el usuario pueda evitar colocar demasiadas cargas de alta corriente en el mismo grupo.
Originalmente, en la época de ATX 2.0, una fuente de alimentación con "múltiples rieles de +12 V" implicaba una capaz de entregar más de 20 A de potencia de +12 V, y se consideraba algo bueno. Sin embargo, a las personas les resultó inconveniente la necesidad de equilibrar cargas a través de muchos rieles de +12 V, especialmente porque las fuentes de alimentación de gama alta comenzaron a entregar corrientes mucho mayores, de alrededor de 2000 W, o más de 150 A a 12 V (en comparación con las de 240 o 500 V). W de épocas anteriores). Cuando la asignación de conectores a rieles se realiza en el momento de la fabricación, no siempre es posible mover una carga determinada a un riel diferente o administrar la asignación de corriente entre dispositivos.
En lugar de agregar más circuitos de límite de corriente, muchos fabricantes optaron por ignorar el requisito y aumentar los límites de corriente por encima de 20 A por riel, o proporcionaron fuentes de alimentación de "riel único" que omiten los circuitos de límite de corriente. (En algunos casos, en violación de sus propias afirmaciones publicitarias de incluirlo. [12] ) Debido a los estándares anteriores, casi todos los suministros de alta potencia afirmaban implementar rieles separados, sin embargo, esta afirmación a menudo era falsa; muchos omitieron el circuito de límite de corriente necesario, [13] tanto por razones de costo como porque irrita a los clientes. [14] (La falta fue, y es, a veces anunciada como una característica bajo nombres como "fusión ferroviaria" o "compartición actual".)
Como resultado, el requisito se retiró; sin embargo, el problema dejó su huella en los diseños de fuentes de alimentación, que se pueden clasificar en diseños de riel único y de riel múltiple. Ambos pueden contener (y a menudo contienen) controladores limitadores de corriente. A partir de ATX 2.31, la corriente de salida de un diseño de riel único se puede extraer a través de cualquier combinación de cables de salida, y la administración y asignación segura de esa carga queda en manos del usuario. Un diseño de rieles múltiples hace lo mismo, pero limita la corriente suministrada a cada conector individual (o grupo de conectores), y los límites que impone son elección del fabricante en lugar de estar establecidos por el estándar ATX.
Desde 2011, Fujitsu y otros fabricantes de nivel 1 [15] han estado fabricando sistemas que contienen variantes de placa base que requieren solo un suministro de 12 V de una fuente de alimentación hecha a medida, que normalmente tiene una potencia nominal de 250 a 300 W. Conversión de CC a CC , que proporciona 5 V y 3,3 V, se realiza en la placa base; La propuesta es que el suministro de 5 V y 12 V para otros dispositivos, como los discos duros, se reciba en la placa base en lugar de en la propia fuente de alimentación, aunque esto no parece estar completamente implementado en enero de 2012 [actualizar].
Las razones dadas para este enfoque del suministro de energía son que elimina los problemas de carga cruzada, simplifica y reduce el cableado interno que puede afectar el flujo de aire y el enfriamiento, reduce los costos, aumenta la eficiencia del suministro de energía y reduce el ruido al reducir la velocidad del ventilador del suministro de energía por debajo de la control de la placa base.
Al menos dos de las PC empresariales de Dell presentadas en 2013, OptiPlex 9020 y Precision T1700, se envían con fuentes de alimentación de solo 12 V e implementan conversión de 5 V y 3,3 V exclusivamente en la placa base. Posteriormente, Lenovo ThinkCentre M93P adopta una fuente de alimentación de solo 12 V y realiza una conversión de 5 V y 3,3 V exclusivamente en la placa base IS8XM.
En 2019, Intel lanzó un nuevo estándar basado en un diseño totalmente de 12 V: ATX12VO. La fuente de alimentación sólo proporciona una salida de voltaje de 12 V; [16] Las potencias de 5 V, 3,3 V, según las necesidades del USB , el disco duro y otros dispositivos, se transforman en la placa base ; y el conector de la placa base ATX se reduce de 24 pines a 10 pines. Llamado ATX12VO, no se espera que reemplace los estándares actuales, sino que exista junto a ellos. [17] En CES 2020, FSP Group mostró el primer prototipo basado en el nuevo estándar ATX12VO.
Según la guía de diseño de fuente de alimentación de riel único ATX12VO publicada oficialmente por Intel en mayo de 2020, la guía enumera los detalles del diseño de solo 12 V y el principal beneficio que incluía una mayor eficiencia y una menor interrupción eléctrica. [18]
El consumo general de energía de una fuente de alimentación está limitado por el hecho de que todos los rieles de suministro pasan por un transformador y cualquiera de sus circuitos del lado primario, como los componentes de conmutación . Los requisitos totales de energía para una computadora personal pueden oscilar entre 250 W y más de 1000 W para una computadora de alto rendimiento con múltiples tarjetas gráficas. Las computadoras personales sin CPU o tarjetas gráficas de alto rendimiento generalmente requieren de 300 a 500 W. [14] Las fuentes de alimentación están diseñadas alrededor de un 40% más que el consumo de energía calculado del sistema . Esto protege contra la degradación del rendimiento del sistema y contra la sobrecarga de la fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación etiquetan su producción total de energía y etiquetan cómo esto se determina mediante los límites de corriente eléctrica para cada uno de los voltajes suministrados. Algunas fuentes de alimentación no tienen protección contra sobrecargas.
El consumo de energía del sistema es una suma de las potencias nominales de todos los componentes del sistema informático que consumen la fuente de alimentación. Algunas tarjetas gráficas (especialmente tarjetas múltiples) y grandes grupos de discos duros pueden imponer exigencias muy altas a las líneas de 12 V de la fuente de alimentación y, para estas cargas, la clasificación de 12 V de la fuente de alimentación es crucial. La clasificación total de 12 V en la fuente de alimentación debe ser mayor que la corriente requerida por dichos dispositivos para que la fuente de alimentación pueda servir completamente al sistema cuando se tienen en cuenta sus otros componentes del sistema de 12 V. Los fabricantes de estos componentes de sistemas informáticos, especialmente tarjetas gráficas, tienden a sobrevalorar sus requisitos de energía para minimizar los problemas de soporte debido a una fuente de alimentación demasiado baja.
Existen varias iniciativas para mejorar la eficiencia de las fuentes de alimentación de las computadoras. La iniciativa Climate Savers Computing promueve el ahorro de energía y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero fomentando el desarrollo y el uso de suministros de energía más eficientes. 80 Plus certifica una variedad de niveles de eficiencia para fuentes de alimentación y fomenta su uso mediante incentivos financieros. Los suministros de energía eficientes también ahorran dinero al desperdiciar menos energía; como resultado, utilizan menos electricidad para alimentar la misma computadora y emiten menos calor residual, lo que resulta en importantes ahorros de energía en el aire acondicionado central en verano. Las ventajas de utilizar una fuente de alimentación eficiente son más sustanciales en ordenadores que utilizan mucha energía.
Aunque una fuente de alimentación con una potencia nominal superior a la necesaria tendrá un margen adicional de seguridad contra la sobrecarga, una unidad de este tipo suele ser menos eficiente y desperdicia más electricidad con cargas más bajas que una unidad de tamaño más apropiado. Por ejemplo, una fuente de alimentación de 900 vatios con clasificación de eficiencia 80 Plus Silver (lo que significa que dicha fuente de alimentación está diseñada para tener al menos un 85 % de eficiencia para cargas superiores a 180 W) puede tener solo un 73 % de eficiencia cuando la carga es inferior. de 100 W, que es la potencia inactiva típica de una computadora de escritorio. Así, para una carga de 100 W, las pérdidas por este suministro serían de 27 W; Si la misma fuente de alimentación se sometiera a una carga de 450 W, para lo cual la eficiencia del suministro alcanza un máximo del 89 %, la pérdida sería de sólo 56 W a pesar de suministrar 4,5 veces la potencia útil. [19] [20] A modo de comparación, una fuente de alimentación de 500 vatios con clasificación de eficiencia 80 Plus Bronze (lo que significa que dicha fuente de alimentación está diseñada para tener al menos un 82 % de eficiencia para cargas superiores a 100 W) puede proporcionar un 84 % de eficiencia para una carga de 100 W, desperdiciando solo 19 W. [21] Otras clasificaciones como 80 plus gold, 80 plus platinum y 80 plus Titanium también proporcionan las mismas clasificaciones respectivamente. 80 plus gold proporciona una eficiencia del 87 % con una carga del 100 %, 80 plus Platinum proporciona una eficiencia del 90 % y 80 plus Titanium proporciona la mejor eficiencia con un 94 %.[1] [22] [23]
Una fuente de alimentación autocertificada por su fabricante puede afirmar que su potencia de salida es el doble o superior a la que realmente se proporciona. [24] [25] Para complicar aún más esta posibilidad, cuando hay dos rieles que comparten energía mediante regulación descendente, también sucede que el riel de 12 V o el riel de 5 V se sobrecargan muy por debajo de la clasificación total de la fuente de alimentación. . Muchas fuentes de alimentación crean su salida de 3,3 V regulando negativamente su riel de 5 V, o crean una salida de 5 V regulando negativamente sus rieles de 12 V. Los dos rieles involucrados están etiquetados en la fuente de alimentación con un límite de corriente combinado. Por ejemplo, el5V yLos rieles de 3,3 V tienen un límite de corriente total combinado. Para obtener una descripción del problema potencial, un riel de 3,3 V puede tener una clasificación de 10 A por sí solo (33 W ), y el carril de 5 V puede tener unClasificación de 20 A (100 W ) por sí solo, pero es posible que los dos juntos solo puedan generar 110 W. En este caso, cargar el riel de 3,3 V al máximo (33 W) dejaría al riel de 5 V solo capaz de producir 77 W.
Una prueba realizada en 2005 reveló que las fuentes de alimentación de las computadoras tienen generalmente entre un 70% y un 80% de eficiencia. [26] Para que una fuente de alimentación con una eficiencia del 75% produzca 75 W de salida de CC, se necesitarían 100 W de entrada de CA y disiparía los 25 W restantes en calor. Las fuentes de alimentación de mayor calidad pueden tener una eficiencia superior al 80%; Como resultado, las PSU energéticamente eficientes desperdician menos energía en calor y requieren menos flujo de aire para enfriar, lo que resulta en un funcionamiento más silencioso.
A partir de 2012, algunas fuentes de alimentación de consumo de alta gama pueden superar el 90% de eficiencia en niveles de carga óptimos, aunque caerán al 87-89% de eficiencia durante cargas pesadas o livianas. Las fuentes de alimentación de los servidores de Google tienen una eficiencia superior al 90%. [27] Las fuentes de alimentación para servidores de HP han alcanzado una eficiencia del 94%. [28] Las fuentes de alimentación estándar vendidas para estaciones de trabajo con servidores tienen alrededor del 90% de eficiencia, a partir de 2010.
La eficiencia energética de una fuente de alimentación cae significativamente con cargas bajas. Por lo tanto, es importante adaptar la capacidad de una fuente de alimentación a las necesidades de energía de la computadora. La eficiencia generalmente alcanza su punto máximo entre el 50% y el 75% de la carga. La curva varía de un modelo a otro (se pueden ver ejemplos de cómo se ve esta curva en los informes de prueba de modelos energéticamente eficientes que se encuentran en el sitio web 80 Plus Archivado el 28 de agosto de 2010 en Wayback Machine ).
La mayoría de las fuentes de alimentación para computadoras personales de escritorio son una caja metálica cuadrada y tienen un gran haz de cables que emergen de un extremo. Frente al haz de cables se encuentra la cara posterior de la fuente de alimentación, con una salida de aire y un conector IEC 60320 C14 para suministrar alimentación de CA. Puede haber un interruptor de encendido y/o un interruptor selector de voltaje. Históricamente estaban montados en la parte superior de la caja del ordenador, y tenían dos ventiladores: uno, dentro de la caja, tirando aire hacia la fuente de alimentación, y otro, extrayendo aire de la fuente de alimentación hacia el exterior. Muchas fuentes de alimentación tienen un único ventilador grande dentro de la carcasa y están montados en la parte inferior de la carcasa. El ventilador puede estar siempre encendido, o encenderse y variar su velocidad dependiendo de la carga. Algunos no tienen ventilador y, por lo tanto, se enfrían de forma totalmente pasiva. [31] [32] [33]
Una etiqueta en un lado de la caja enumera información técnica sobre la fuente de alimentación, incluidas las certificaciones de seguridad y la potencia máxima de salida. Las marcas de certificación comunes de seguridad son la marca UL , la marca GS , TÜV , NEMKO , SEMKO , DEMKO, FIMKO, CCC , CSA , VDE , GOST R y BSMI. Las marcas de certificado comunes para EMI/RFI son la marca CE , FCC y C-tick. Se requiere la marca CE para las fuentes de alimentación vendidas en Europa e India. A veces también se puede ver un RoHS o 80 Plus .
Las dimensiones de una fuente de alimentación ATX son 150 mm de ancho, 86 mm de alto y, normalmente, 140 mm de profundidad, aunque la profundidad puede variar de una marca a otra.
Algunas fuentes de alimentación vienen con cables enfundados, que además de ser más agradables estéticamente, también facilitan el cableado y tienen un efecto menos perjudicial sobre el flujo de aire.
Normalmente, las fuentes de alimentación tienen los siguientes conectores (todos son Molex (USA) Inc Mini-Fit Jr, a menos que se indique lo contrario):
Una fuente de alimentación modular proporciona un sistema de cables desmontables, que ofrece la posibilidad de eliminar conexiones no utilizadas a expensas de una pequeña cantidad de resistencia eléctrica adicional introducida por el conector adicional. [35] Esto reduce el desorden, elimina el riesgo de que los cables colgantes interfieran con otros componentes y puede mejorar el flujo de aire de la caja. Muchos suministros semimodulares tienen algunos cables permanentes de varios hilos con conectores en los extremos, como la placa base ATX y el EPS de 8 pines, aunque los suministros más nuevos comercializados como "completamente modulares" permiten incluso desconectarlos. La asignación de pines de los cables desmontables sólo está estandarizada en el extremo de salida y no en el extremo que se va a conectar a la fuente de alimentación. Por lo tanto, los cables de una fuente de alimentación modular sólo deben utilizarse con este modelo de fuente de alimentación modular en particular. El uso con otra fuente de alimentación modular, incluso si el cable prima facie parece compatible, puede dar como resultado una asignación de pines incorrecta y, por lo tanto, puede provocar daños en los componentes conectados al suministrar 12 V a un pin de 5 V o 3,3 V. [36]
La configuración de factor de forma pequeño con conector de 12 V (SFX12V) se ha optimizado para diseños de sistemas de factor de forma pequeño (SFF), como microATX . El bajo perfil de la fuente de alimentación encaja fácilmente en estos sistemas.
El factor de forma delgado con una configuración de conector de 12 V (TFX12V) se ha optimizado para diseños de sistemas Mini ITX y Mini DTX pequeños y de perfil bajo . El perfil largo y estrecho de la fuente de alimentación encaja fácilmente en sistemas de perfil bajo. La ubicación del ventilador de refrigeración se puede utilizar para expulsar eficientemente el aire del procesador y del área central de la placa base, haciendo posibles sistemas más pequeños y eficientes que utilizan componentes comunes de la industria. [37]
La mayoría de las computadoras portátiles tienen fuentes de alimentación que proporcionan de 25 a 200 W. En las computadoras portátiles (como las laptops ) suele haber una fuente de alimentación externa (a veces denominada "power brick" debido a su similitud, en tamaño, forma y peso, a un ladrillo real ) que convierte la energía CA en un voltaje CC (más comúnmente 19 V), y se produce una conversión adicional CC-CC dentro de la computadora portátil para suministrar los diversos voltajes CC requeridos por los otros componentes de la computadora portátil.
La fuente de alimentación externa podría enviar datos sobre sí misma (potencia, corriente y voltaje) a la computadora. Por ejemplo, la fuente de alimentación genuina de Dell utiliza el protocolo 1-Wire para enviar datos por un tercer cable a la computadora portátil . Entonces el portátil rechaza un adaptador que no es compatible. [38]
Algunas computadoras utilizan una fuente de alimentación de 12 V de voltaje único. Todos los demás voltajes son generados por módulos reguladores de voltaje en la placa base. [27]
![Fuente de alimentación de PS3, más corta que ATX, únicamente, 300 W máximo (no confundir con la PlayStation 3)[39]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/16/PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG/1280px-PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG)
La vida útil generalmente se especifica en el tiempo medio entre fallas (MTBF), donde las clasificaciones más altas de MTBF indican una vida útil más larga del dispositivo y una mejor confiabilidad. El uso de componentes eléctricos de mayor calidad con valores inferiores a sus clasificaciones máximas o proporcionar una mejor refrigeración puede contribuir a una clasificación MTBF más alta porque una menor tensión y temperaturas de funcionamiento más bajas disminuyen las tasas de falla de los componentes. [40]
Un valor MTBF estimado de 100.000 horas (aproximadamente 140 meses) a 25 °C y bajo carga completa es bastante común. [41] Dicha calificación espera que, en las condiciones descritas, el 77% de las unidades de suministro de energía funcionen sin fallas durante tres años (36 meses); de manera equivalente, se espera que el 23% de las unidades fallen dentro de los tres años de operación. Para el mismo ejemplo, se espera que sólo el 37% de las unidades (menos de la mitad) duren 100.000 horas sin fallar. [a] La fórmula para calcular la confiabilidad prevista , R(t) , es
donde t es el tiempo de operación en las mismas unidades de tiempo que la especificación MTBF, e es la constante matemática aproximadamente igual a 2,71828 y t MTBF es el valor MTBF especificado por el fabricante. [42] [43]
Las fuentes de alimentación para servidores, equipos de control industrial u otros lugares donde la confiabilidad es importante pueden ser intercambiables en caliente y pueden incorporar redundancia N +1 y fuente de alimentación ininterrumpida ; Si se requieren N fuentes de alimentación para cumplir con los requisitos de carga, se instala una adicional para proporcionar redundancia y permitir reemplazar una fuente de alimentación defectuosa sin tiempos de inactividad. [44]
Un 'probador de fuente de alimentación' es una herramienta que se utiliza para probar la funcionalidad de la fuente de alimentación de una computadora. Los probadores pueden confirmar la presencia de los voltajes correctos en cada conector de fuente de alimentación. Se recomienda realizar pruebas bajo carga para obtener lecturas más precisas. [47]
![Las pruebas de ondulación se realizan con una carga externa y un equipo de monitoreo[48]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg/1280px-PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg.png)
El voltaje de la fuente de alimentación puede controlarse mediante el monitor del sistema de la mayoría de las placas base modernas. [49] Esto a menudo se puede hacer a través de una sección dentro del BIOS o, una vez que se está ejecutando un sistema operativo , a través de un software de monitorización del sistema como lm_sensors en Linux , envstat en NetBSD , sysctl hw.sensors en OpenBSD y DragonFly BSD , o SpeedFan. en Windows.
La mayoría de los ventiladores de las fuentes de alimentación no están conectados al sensor de velocidad de la placa base y, por lo tanto, no se pueden monitorear, pero algunas fuentes de alimentación de alta gama pueden proporcionar control y monitoreo digital, y esto requiere una conexión al sensor de velocidad del ventilador o al puerto USB de la placa base. .
Nuestra fuente de alimentación genérica de 500 W se apagó cuando intentamos extraerle 275 W, por lo que la cantidad máxima de energía que pudimos extraer fue 250 W, ¡la mitad de la cantidad indicada en la etiqueta!
En el frente de la caja dice "Triple Rails for +12V" y luego dice "Intel ATX 12V Versión 2.0 y EPS 12V Versión 2.1". De nuestra investigación se desprende que las fuentes de alimentación anteriores no cumplen con el ATX12V. o estándares EPS12V como afirma el paquete.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )El mercado del limón en fuentes de alimentación para PC se ha vuelto oficialmente tan malo que las fuentes de alimentación genéricas de "500 W" sin nombre apenas pueden entregar 250 vatios.
Una potencia constante realista para estas unidades es más bien de 200 vatios.
Así que el factor de inflación de capacidad llegó a 2,5 y sigue aumentando.
