Unidad de fuente de alimentación (ordenador)

Una fuente de alimentación ( PSU ) convierte la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua regulada de bajo voltaje para los componentes internos de una computadora de escritorio. Las computadoras personales modernas utilizan universalmente fuentes de alimentación conmutadas . Algunas fuentes de alimentación tienen un interruptor manual para seleccionar el voltaje de entrada, mientras que otras se adaptan automáticamente al voltaje de la red.

La mayoría de las fuentes de alimentación de las computadoras personales de escritorio modernas cumplen con la especificación ATX , que incluye tolerancias de voltaje y factor de forma. Mientras una fuente de alimentación ATX está conectada a la red eléctrica, siempre proporciona una energía de reserva de 5 voltios (5VSB) para que las funciones de reserva en la computadora y ciertos periféricos estén encendidos. Las fuentes de alimentación ATX se encienden y apagan mediante una señal de la placa base . También envían 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 a mediados de 2024.

La fuente de alimentación de la computadora de escritorio convierte la corriente alterna (CA) de un enchufe de pared de la red eléctrica en una corriente continua (CC) de bajo voltaje para hacer funcionar 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 fuente de alimentación o riel de voltaje se refiere a un solo voltaje proporcionado por una fuente de alimentación. ^[1]

Algunas fuentes de alimentación también pueden suministrar un voltaje de reserva , 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 que se produzca un evento. La energía de reserva permite que un ordenador se inicie de forma remota a través de Wake-on-LAN y Wake-on-ring o de forma local a través de Keyboard Power ON (KBPO) si la placa base lo admite. Este voltaje de reserva puede generarse mediante una pequeña fuente de alimentación lineal dentro de la unidad o una fuente de alimentación conmutada, que comparte algunos componentes con la unidad principal para ahorrar costes y energía.

Las fuentes de alimentación de primera generación para microcomputadoras y computadoras domésticas utilizaban un transformador reductor pesado y una fuente de alimentación lineal, como la utilizada, por ejemplo, en el Commodore PET presentado en 1977. El Apple II , también presentado en 1977, se destacó por su fuente de alimentación conmutada , que era más liviana y más pequeña que una fuente de alimentación lineal equivalente, y que no tenía ventilador de enfriamiento. La fuente de alimentación conmutada 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 de cerca sin disipar energía como calor en un regulador lineal. El desarrollo de transistores de alta potencia y alto voltaje a precios económicos hizo que fuera práctico introducir fuentes de alimentación conmutadas que se habían utilizado en la industria aeroespacial, mainframes, minicomputadoras y televisión en color, en las computadoras personales de escritorio. El diseño del Apple II del ingeniero de Atari Rod Holt recibió una patente, ^{[2] [3]} y estuvo a la vanguardia del diseño de fuentes de alimentación para computadoras modernas. Hoy en día, todas las computadoras modernas utilizan fuentes de alimentación de modo conmutado, que son más livianas, 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, protección contra sobretensión, protección contra subtensión, protección contra sobrecorriente y protección contra sobretemperatura.

Las fuentes de alimentación diseñadas para su uso en todo el mundo solían estar 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 activaba y convertía el rectificador de voltaje de la red eléctrica en un duplicador de voltaje en el diseño del circuito Delon . Como resultado, el gran condensador de filtro primario detrás de ese rectificador se dividió en dos condensadores conectados en serie, equilibrados con resistencias de purga y varistores que eran necesarios en el rango de voltaje de entrada superior, alrededor de 230 V. La conexión de la unidad configurada para el rango inferior a una red de mayor voltaje generalmente resultaba en un daño permanente inmediato. Cuando se requería una 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 retrasaban la corriente de entrada. Los más nuevos funcionan como un convertidor elevador controlado por condición de entrada y salida, que suministra 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 al limitador de corriente de entrada basado en NTC , que es una pieza costosa que anteriormente se ubicaba junto al fusible.

La primera fuente de alimentación (PSU)  de IBM PC 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 suministrar estas PSU, la mayor parte se encontraba en este riel de +5 V.

El suministro de +12 V se utilizó principalmente para operar motores como los de las unidades de disco y los ventiladores de refrigeración. A medida que se añadieron más periféricos, se suministró 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 seguía suministrando la mayor parte de la energía. El riel de -12 V se utilizó principalmente para proporcionar el 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 las tarjetas de sonido), pero no lo utilizó ninguna placa base que no fuera 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 las corrientes de salida aumentan pero aún no son suficientes o estables para el funcionamiento correcto 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 funcionar.

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 a lo largo del costado de la carcasa de la computadora. En una variante común que se encontraba en las carcasas de torre , el interruptor de voltaje de línea estaba conectado a la fuente de alimentación con un cable corto, lo que permitía montarlo separado de la fuente de alimentación.

Las primeras fuentes de alimentación de microcomputadoras se encendían o apagaban por completo, lo que se controlaba mediante un interruptor mecánico de voltaje de línea, y los modos de inactividad de bajo consumo y ahorro de energía no eran una consideración de diseño de las primeras fuentes de alimentación de computadoras. Estas fuentes de alimentación generalmente no tenían la capacidad de tener modos de ahorro de energía, como el modo de espera o el "apagado suave", o controles de encendido programados.

Debido al diseño de funcionamiento permanente, en caso de cortocircuito , se fundiría un fusible o una fuente de alimentación conmutada cortaría repetidamente la alimentación, esperaría un breve período de tiempo e intentaría reiniciarse. En el caso de algunas fuentes de alimentación, el reinicio repetido se oye como un pitido o tictac rápido y silencioso emitido por el dispositivo.

Cuando Intel desarrolló el conector de fuente 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 varios cables y conexiones de alimentación para la fuente de alimentación de 3,3 V, ya que es más sensible a las caídas de tensión en las conexiones de alimentación. Otra incorporación a la ATX fue el riel SB (en espera) de +5 V 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 utiliza el riel SB de +5 V.

Existen dos diferencias básicas entre las fuentes de alimentación AT y ATX: los conectores que suministran energía a la placa base y el interruptor de software. En los sistemas de estilo ATX, el interruptor de alimentación del panel frontal solo proporciona una señal de control a la fuente de alimentación y no conmuta el voltaje de CA de la red. Este control de bajo voltaje permite que otro hardware o software de la computadora encienda y apague el sistema.

Dado que las fuentes de alimentación ATX comparten las mismas dimensiones (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 una diferencia física importante que impida que una carcasa AT acepte una fuente de alimentación ATX (o viceversa, si la carcasa puede alojar el interruptor de alimentación que necesita una fuente de alimentación AT), siempre que la fuente de alimentación específica no sea demasiado larga para la carcasa específica.

A medida que los transistores se hacen más pequeños en los chips, se hace preferible hacerlos funcionar 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 a los microprocesadores Pentium y posteriores, se comenzó a incluir una fuente de alimentación especial, el módulo regulador de voltaje , en las placas base . Los procesadores más nuevos requieren hasta 100 A a 2 V o menos, lo que es poco práctico de suministrar desde fuentes de alimentación externas.

Inicialmente, esto se suministraba mediante la fuente de alimentación principal de +5 V, pero a medida que aumentaban las demandas de energía, las altas corrientes necesarias para suministrar suficiente energía se volvieron problemáticas. Para reducir las pérdidas de energía en la fuente de alimentación de 5 V, con la introducción del microprocesador Pentium 4 , Intel cambió la fuente de alimentación del procesador para que funcionara con +12 V y agregó el conector P4 de cuatro pines independiente al nuevo estándar ATX12V 1.0 para suministrar esa energía.

Las unidades de procesamiento gráfico de alta potencia modernas hacen lo mismo, lo que da como resultado que la mayor parte del requerimiento de energía de una computadora personal moderna se encuentre en el riel de +12 V. Cuando se introdujeron por primera vez las GPU de alta potencia, las fuentes de alimentación ATX típicas eran "de 5 V" y solo podían suministrar el 50-60% de su salida en forma de energía de 12 V. Por lo tanto, los fabricantes de GPU, para garantizar 200-250 W de energía 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 la totalidad (generalmente el 80-90%) de su capacidad nominal total en forma de energía de +12 V.

Debido a este cambio, es importante tener en cuenta la capacidad de suministro de +12 V, en lugar de la capacidad de energía 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 valores nominales de fuente de alimentación irrealmente altos, sabiendo que muy pocos clientes comprenden completamente dichos valores. ^[4]

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Los voltajes de suministro de los rieles de +3,3 V y +5 V rara vez son un factor limitante; por lo general, cualquier fuente con una clasificación suficiente de +12 V tendrá la capacidad adecuada a voltajes más bajos. ^{[ cita requerida ]} Sin embargo, la mayoría de los discos duros o tarjetas PCI crearán una carga mayor en el riel de +5 V ^{[ cita requerida ]} .

Las CPU más antiguas ^{[¿ cuándo? ]} y los dispositivos lógicos de la placa base se diseñaron para un voltaje operativo 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 especificada dependiendo de la relación de carga de ambos rieles. El suministro de +12 V se utilizó para los motores de los ventiladores de las computadoras , los motores de las unidades de disco y las interfaces seriales (que también usaban el suministro de -12 V). Otro uso de los 12 V llegó con las tarjetas de sonido, utilizando amplificadores de potencia de audio de chip lineal , a veces filtrados por un regulador lineal de 9 V en la tarjeta para cortar el ruido de los motores.

Dado que algunas CPU de la variante i386 utilizan voltajes operativos más bajos, como 3,3 o 3,45 V, ^{[ cita requerida ]} las placas base tenían reguladores de voltaje lineal suministrados por el riel de 5 V. Los puentes o interruptores DIP establecen los voltajes de salida según la especificación de la CPU instalada. Cuando las CPU más nuevas requirieron corrientes más altas, los reguladores de voltaje de modo conmutado, como los convertidores reductores, reemplazaron a los reguladores lineales para lograr mayor 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 voltajes, los alimentaba desde los 5 V y convertía el producto de la caída de voltaje y la corriente en calor. Más tarde ^{[ ¿cuándo? ],} los reguladores se encargaron de todos los rieles de 3,3, 5 y 12 V.

A medida que las CPU aumentaron el consumo de corriente (debido a una mayor corriente estática debido a un mayor conteo de transistores y una corriente dinámica mucho mayor debido tanto al mayor conteo como a la frecuencia de conmutación) en las generaciones de CPU posteriores al i386 , se hizo necesario colocar reguladores de voltaje cerca de la CPU. Para reducir el consumo de energía de la regulación (y, por lo tanto, seguir siendo térmicamente factible), estos reguladores son de diseño de fuente de alimentación de modo conmutado ^{[ cita requerida ]} . Para mantener a raya las pérdidas de conducción, es deseable transportar la misma energía en el riel de +12 V de mayor voltaje a menor corriente, en lugar de en +5 V a mayor corriente. Por lo tanto, las fuentes de alimentación de la era Pentium tienden a tener su mayor capacidad de corriente en estos rieles.

La especificación de fuente de alimentación de nivel básico (EPS) es una unidad de fuente de alimentación diseñada para computadoras de alto consumo de energía y servidores de nivel básico. Desarrollada por el foro Server System Infrastructure (SSI), un grupo de empresas que incluye a Intel, Dell, Hewlett-Packard y otras, que trabaja en 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 sistemas y aplicaciones 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 12 V de cuatro pines para placas que consumen más energía (uno requerido en las fuentes de alimentación de 700–800 W, ambos requeridos en las fuentes de alimentación de 850 W+). Las fuentes de alimentación EPS son en principio compatibles con las placas base estándar ATX o ATX12V que se encuentran en hogares y oficinas, pero puede haber problemas mecánicos donde el conector de 12 V y, en el caso de placas más antiguas, el conector sobresalga de los zócalos. ^[5] 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 suministro de energía, el estándar de suministro de energía ATX se modificó (comenzando con la versión 2.0 ^[6] ) 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 fuente de alimentación ATX12V, versión 2.2 ^[7]

El requisito se eliminó posteriormente de la versión 2.3 (marzo de 2007) de las especificaciones de la fuente de alimentación ATX12V, ^[8] pero condujo a una distinción en las fuentes de alimentación ATX modernas entre rieles simples y múltiples.

La norma tenía por objeto establecer un límite seguro para la corriente que puede pasar por cualquier cable de salida individual. Una corriente suficientemente grande puede causar daños graves en caso de cortocircuito , o puede fundir el cable o su aislamiento en caso de avería, o potencialmente iniciar un incendio o dañar otros componentes. La norma limita cada salida a menos de 20  amperios , y las fuentes de alimentación típicas 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 apaga el suministro en caso de exceso de corriente. A diferencia de un fusible o 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% . De esta forma, se garantiza el suministro de al menos 17 A y el corte antes de los 20 A. A continuación, se documentan los límites de corriente para cada grupo de cables, de modo 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 que podía suministrar más de 20 A de potencia de +12 V, y se consideraba algo bueno. Sin embargo, la gente encontró que la necesidad de equilibrar las cargas en muchos rieles de +12 V era un inconveniente, especialmente cuando las fuentes de alimentación de gama alta comenzaron a suministrar corrientes mucho mayores, hasta alrededor de 2000 W, o más de 150 A a 12 V (en comparación con los 240 o 500 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 añadir más circuitos de limitación de corriente, muchos fabricantes optaron por ignorar el requisito y aumentar los límites de corriente por encima de los 20 A por raíl, o proporcionaron fuentes de alimentación de "un solo raíl" que omiten el circuito de limitación de corriente. (En algunos casos, en violación de sus propias afirmaciones publicitarias de incluirlo. ^[9] ) Debido a las normas anteriores, casi todas las fuentes de alimentación de alta potencia afirmaban implementar raíles separados, sin embargo, esta afirmación era a menudo falsa; muchas omitieron el circuito de limitación de corriente necesario, ^[10] tanto por razones de coste como porque es una irritación para los clientes. ^[11] (La falta se publicitó, y se publicita, a veces como una característica con nombres como "fusión de raíles" o "compartir corriente").

Como resultado, el requisito fue retirado, pero el problema dejó su marca en los diseños de PSU, que pueden clasificarse en diseños de un solo riel y de múltiples rieles. Ambos pueden (y a menudo lo hacen) contener controladores limitadores de corriente. A partir de ATX 2.31, la corriente de salida de un diseño de un solo riel se puede extraer a través de cualquier combinación de cables de salida, y la gestión y asignación segura de esa carga queda en manos del usuario. Un diseño de múltiples rieles hace lo mismo, pero limita la corriente suministrada a cada conector individual (o grupo de conectores), y los límites que impone son una elección del fabricante en lugar de estar establecidos por el estándar ATX.

Desde 2011, Fujitsu y otros fabricantes de primer nivel ^[12] 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. La 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 recoja en la placa base en lugar de desde la propia fuente de alimentación, aunque esto no parece estar totalmente implementado a partir de enero de 2012 ^[actualizar].

Las razones dadas para este enfoque de 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 poner la velocidad del ventilador de la fuente de energía bajo el control de la placa base.

Al menos dos de las PC empresariales de Dell presentadas en 2013, la OptiPlex 9020 y la Precision T1700, se entregan con fuentes de alimentación de solo 12 V e implementan la conversión de 5 V y 3,3 V exclusivamente en la placa base. Posteriormente, Lenovo ThinkCentre M93P adoptó una fuente de alimentación de solo 12 V y realiza la 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 de 12 V: ATX12VO. La fuente de alimentación solo proporciona una salida de voltaje de 12 V; ^[13] Las fuentes de alimentación de 5 V, 3,3 V, según lo requieran USB , unidad de 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 con él. ^[14] 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 incluye una mayor eficiencia y una menor interrupción eléctrica. ^[15]

El consumo total 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 variar de 250 W a 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 especialmente requieren generalmente de 300 a 500 W. ^[11] 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 salida de energía total y etiquetan cómo esto se determina por los límites de corriente eléctrica para cada uno de los voltajes suministrados. Algunas fuentes de alimentación no tienen protección contra sobrecarga.

El consumo de energía del sistema es la suma de las potencias nominales de todos los componentes del sistema informático que utilizan la fuente de alimentación. Algunas tarjetas gráficas (especialmente varias tarjetas) y grandes grupos de discos duros pueden exigir mucho de las líneas de 12 V de la fuente de alimentación y, para estas cargas, la potencia nominal de 12 V de la fuente de alimentación es crucial. La potencia nominal total de 12 V de la fuente de alimentación debe ser superior a la corriente requerida por dichos dispositivos para que la fuente de alimentación pueda dar servicio completo al sistema cuando se tienen en cuenta los demás componentes del sistema de 12 V. Los fabricantes de estos componentes del sistema informático, especialmente las tarjetas gráficas, tienden a sobreestimar sus requisitos de energía para minimizar los problemas de compatibilidad debido a una fuente de alimentación demasiado baja.

Existen varias iniciativas para mejorar la eficiencia de las fuentes de alimentación de los ordenadores. La Climate Savers Computing Initiative promueve el ahorro de energía y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero fomentando el desarrollo y el uso de fuentes de alimentación más eficientes. 80 Plus certifica una variedad de niveles de eficiencia para las fuentes de alimentación y fomenta su uso mediante incentivos financieros. Las fuentes de alimentación eficientes también ahorran dinero al desperdiciar menos energía; como resultado, utilizan menos electricidad para alimentar el mismo ordenador y emiten menos calor residual, lo que se traduce en un importante ahorro de energía en el aire acondicionado central en verano. Las ventajas de utilizar una fuente de alimentación eficiente son más sustanciales en los ordenadores que consumen mucha energía.

Aunque una fuente de alimentación con una potencia nominal superior a la necesaria tendrá un margen de seguridad adicional contra sobrecargas, dicha unidad suele ser menos eficiente y desperdicia más electricidad con cargas menores que una unidad de tamaño más apropiado. Por ejemplo, una fuente de alimentación de 900 vatios con la 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 una eficiencia de solo el 73 % cuando la carga es inferior a 100 W, que es la potencia en reposo típica de una computadora de escritorio. Por lo tanto, para una carga de 100 W, las pérdidas para esta fuente serían de 27 W; si la misma fuente de alimentación se sometiera a una carga de 450 W, para la cual la eficiencia de la fuente alcanza un máximo del 89 %, la pérdida sería de solo 56 W a pesar de suministrar 4,5 veces la potencia útil. ^{[16] [17]} A modo de comparación, una fuente de alimentación de 500 vatios con la 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 una eficiencia del 84 % para una carga de 100 W, desperdiciando solo 19 W. ^[18] 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] ^{[19] [20]}

Una fuente de alimentación que está autocertificada por su fabricante puede afirmar que los valores nominales de salida duplican o superan lo que realmente se proporciona. ^{[21] [22]} Para complicar aún más esta posibilidad, cuando hay dos rieles que comparten la 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 potencia nominal total de la fuente de alimentación. Muchas fuentes de alimentación crean su salida de 3,3 V regulando descendentemente su riel de 5 V, o crean una salida de 5 V regulando descendentemente sus rieles de 12 V. Los dos rieles involucrados están etiquetados en la fuente de alimentación con un límite de corriente combinado. Por ejemplo, el5  V yLos rieles de 3,3  V tienen una clasificación con un límite de corriente total combinado. Para 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 riel de 5 V puede tener unClasificación 20  A (100  W ) por sí solo, pero los dos juntos solo pueden 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 generar 77 W.

Una prueba realizada en 2005 reveló que las fuentes de alimentación de ordenador suelen tener una eficiencia de entre el 70 y el 80 %. ^[23] Para que una fuente de alimentación con una eficiencia del 75 % produzca 75 W de salida de CC, necesitaría una entrada de CA de 100 W 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 fuentes de alimentación energéticamente eficientes desperdician menos energía en calor y requieren menos flujo de aire para enfriarse, lo que da como resultado 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 ligeras. Las fuentes de alimentación para servidores de Google tienen una eficiencia superior al 90 %. ^[24] Las fuentes de alimentación para servidores de HP han alcanzado una eficiencia del 94 %. ^[25] Las fuentes de alimentación estándar vendidas para estaciones de trabajo de servidor tienen una eficiencia de alrededor del 90 %, a partir de 2010.

La eficiencia energética de una fuente de alimentación disminuye significativamente con cargas bajas. Por lo tanto, es importante adaptar la capacidad de una fuente de alimentación a las necesidades energéticas del ordenador. La eficiencia generalmente alcanza su punto máximo con una carga de entre el 50 y el 75 %. La curva varía de un modelo a otro (se pueden ver ejemplos de cómo se ve esta curva en los informes de pruebas de modelos de eficiencia energética 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 de los ordenadores de sobremesa son una caja metálica cuadrada y tienen un gran manojo de cables que salen de un extremo. Frente al manojo de cables se encuentra la cara posterior de la fuente de alimentación, con un respiradero 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 se montaban en la parte superior de la carcasa del ordenador y tenían dos ventiladores: uno, dentro de la carcasa, que tiraba del aire hacia la fuente de alimentación, y otro, que extraía el aire de la fuente de alimentación hacia el exterior. Muchas fuentes de alimentación tienen un solo ventilador grande dentro de la carcasa y están montadas en la parte inferior de la carcasa. El ventilador puede estar siempre encendido o encenderse y variar su velocidad dependiendo de la carga. Algunas no tienen ventiladores, por lo que se enfrían de forma pasiva. ^{[28] [29] [30]}

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 para seguridad son la marca UL , la marca GS , TÜV , NEMKO , SEMKO , DEMKO, FIMKO, CCC , CSA , VDE , la marca GOST R y BSMI. Las marcas de certificación comunes para EMI/RFI son la marca CE , FCC y C-tick. La marca CE es obligatoria para las fuentes de alimentación vendidas en Europa y la India. A veces también se puede ver una 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 revestidos, que además de ser más agradables estéticamente, también facilitan el cableado y tienen un efecto menos perjudicial en 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):

• Conector de alimentación de placa base ATX (normalmente llamado P1 ): Es el conector que va a la placa base para proporcionarle alimentación. El conector tiene 20 o 24 pines. Uno de los pines pertenece al cable PS-ON (normalmente es de color verde). Este conector es el más grande de todos los conectores. En las fuentes de alimentación AT más antiguas , este conector se dividía en dos: P8 y P9 . Una fuente de alimentación con conector de 24 pines se puede utilizar en una placa base con conector de 20 pines. En los casos en los que la placa base tiene un conector de 24 pines, algunas fuentes de alimentación vienen con dos conectores (uno de 20 pines y otro de 4 pines, es decir, forma 20+4 pines ) que se pueden utilizar juntos para formar el conector de 24 pines.
• Conector de alimentación de solo 12 V (etiquetado como P1 , aunque no es compatible con el conector ATX de 20 o 24 pines): se trata de un conector Molex de 10 o 16 pines que suministra a la placa base tres o seis líneas de 12 V con retornos comunes, una señal de "suministro correcto", una señal de "PSU ON" y una fuente de alimentación auxiliar de 12 o 11 V. Se deja un pin sin usar. ^[31]
• Monitoreo del sistema de solo 12 V ( P10 ): este es un conector 171822-8 AMP o equivalente que transporta una fuente de alimentación al ventilador de la fuente de alimentación y a los retornos de detección. ^[31]
• Conector de alimentación ATX12V de 4 pines (también llamado conector de alimentación P4 ). Un segundo conector que va a la placa base (además del conector ATX de 24 pines de la placa base) para suministrar energía dedicada al procesador.
• 4+4 pines Para fines de compatibilidad con versiones anteriores, algunos conectores diseñados para placas base y procesadores de alta gama requieren más energía, por lo tanto, EPS12V tiene un conector de 8 pines.

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  Conectores de alimentación de periféricos de 4 pines : son los otros conectores más pequeños que van a las distintas unidades de disco del ordenador. La mayoría de ellos tienen cuatro cables: dos negros, uno rojo y uno amarillo. A diferencia de la codificación por colores de los cables de la red eléctrica estándar de EE. UU. , cada cable negro es una conexión a tierra , el cable rojo es de +5 V y el cable amarillo es de +12 V. En algunos casos, también se utilizan para proporcionar alimentación adicional a las tarjetas PCI, como las tarjetas FireWire 800 .
• Conectores de alimentación de 4 pines Molex (Japón) Ltd (generalmente llamados miniconectores , mini-Molex o conectores Berg ): este es uno de los conectores más pequeños que suministra energía a una unidad de disquete de 3,5 pulgadas . En algunos casos, se puede utilizar como conector auxiliar para tarjetas de video Accelerated Graphics Port (AGP). Su configuración de cable es similar a la del conector de periféricos.
• Conectores de alimentación auxiliar : Hay varios tipos de conectores auxiliares, generalmente de 6 pines, diseñados para proporcionar alimentación adicional si es necesario.
• Conectores de alimentación Serial ATA : un conector de 15 pines para componentes que utilizan conectores de alimentación SATA. Este conector suministra alimentación a tres voltajes diferentes: +3,3, +5 y +12 V, en tres pines por cable, uno diseñado para precargar cargas capacitivas en placas base diseñadas para conexión en caliente .
• 6 pines La mayoría de las fuentes de alimentación de ordenador modernas incluyen conectores de seis pines que se utilizan generalmente para tarjetas gráficas PCI Express , pero en los últimos modelos de fuentes de alimentación se debería ver un conector de ocho pines recientemente introducido. Cada conector PCI Express de 6 pines puede generar un máximo de 75 W.
• 6+2 pines Para fines de compatibilidad con versiones anteriores, algunos conectores diseñados para usarse con tarjetas gráficas PCI Express de gama alta cuentan con este tipo de configuración de pines. Permite conectar una tarjeta de seis pines o una de ocho pines mediante el uso de dos módulos de conexión separados cableados en la misma funda: uno con seis pines y otro con dos pines. Cada conector PCI Express de 8 pines puede generar un máximo de 150 W.
• 8 pines Se utiliza para tarjetas PCI Express en servidores de alta gama. Nota: Los pines de tierra y de alimentación se encuentran en el conector de alimentación P4. {{¿qué?}}
• 12 pines para tarjetas gráficas PCI Express , cada conector PCI Express de 12 pines puede generar un máximo de 648 W (12 V, 9 A), 2 conectores de 8 pines de 150 W se pueden combinar mediante un cable adaptador para formar un conector de 12 pines de 648 W.
• Conector 12VHPWR de 16 pines para tarjetas gráficas PCI Express . Cada conector PCI Express de 16 pines puede generar un máximo de 662 W (12 V, 9,2 A), 12 pines de alimentación y 4 pines de contacto. Se introdujo en ATX 3.0.
• Se utiliza un conector IEC 60320 C14 con un cable C13 apropiado para conectar la fuente de alimentación a la red eléctrica local.

Una fuente de alimentación modular ofrece un sistema de cables desmontables, lo que ofrece la posibilidad de eliminar conexiones no utilizadas a expensas de una pequeña cantidad de resistencia eléctrica adicional introducida por el conector adicional. ^[32] 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. Muchas fuentes de alimentación semimodulares tienen algunos cables multihilo permanentes con conectores en los extremos, como la placa base ATX y EPS de 8 pines, aunque las fuentes más nuevas comercializadas como "completamente modulares" permiten incluso desconectar estos. La asignación de pines de los cables desmontables solo 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 solo se deben utilizar con este modelo de fuente de alimentación modular en particular. El uso con otra fuente de alimentación modular, incluso si el cable a primera vista parece compatible, puede resultar en 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. ^[33]

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 perfil bajo de la fuente de alimentación se adapta fácilmente a estos sistemas.

La configuración de factor de forma delgado con un 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 angosto de la fuente de alimentación se adapta fácilmente a sistemas de perfil bajo. La ubicación del ventilador de refrigeración se puede utilizar para extraer aire de manera eficiente del área del procesador y del núcleo de la placa base, lo que hace posible sistemas más pequeños y eficientes que utilizan componentes comunes de la industria. ^[34]

La mayoría de las computadoras portátiles tienen fuentes de alimentación que proporcionan de 25 a 200 W. En las computadoras portátiles (como las laptops ) generalmente hay una fuente de alimentación externa (a veces denominada "bloque de alimentación" debido a su similitud, en tamaño, forma y peso, con un bloque real ) que convierte la energía de CA en un voltaje de CC (más comúnmente 19 V), y se produce una conversión CC-CC adicional dentro de la laptop para suministrar los diversos voltajes de 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, una fuente de alimentación Dell original utiliza el protocolo 1-Wire para enviar datos por un tercer cable a la computadora portátil . La computadora portátil rechaza un adaptador que no sea compatible. ^[35]

Algunas computadoras utilizan una fuente de alimentación de voltaje único de 12 V. Todos los demás voltajes son generados por módulos reguladores de voltaje en la placa base. ^[24]

Los servidores montados en bastidor pueden utilizar una fuente de alimentación redundante basada en el estándar CRPS.

• 
  Una fuente de alimentación con formato SFX
• 
  Una fuente de alimentación con formato TFX
• 
  Una fuente de alimentación con formato FlexATX
• 
  Una fuente de alimentación AT usada anteriormente, mecánicamente del mismo tamaño que las fuentes de alimentación ATX
• 
  Fuente de alimentación PS3, más corta que la ATX, solamente, 300 W máximo (no confundir con la PlayStation 3 ) ^[36]
• 
  Un adaptador que permite que una fuente de alimentación SFX sustituya una fuente de alimentación ATX o PS3

La vida útil suele especificarse en tiempo medio entre fallos (MTBF), donde los valores más altos de MTBF indican una vida útil más prolongada del dispositivo y una mayor confiabilidad. El uso de componentes eléctricos de mayor calidad con valores inferiores a sus valores máximos o la provisión de una mejor refrigeración pueden contribuir a un valor más alto de MTBF porque un menor estrés y temperaturas de funcionamiento más bajas disminuyen las tasas de falla de los componentes. ^[37]

Un valor MTBF estimado de 100.000 horas (aproximadamente, 140 meses) a 25 °C y bajo carga completa es bastante común. ^[38] Tal clasificación espera que, en las condiciones descritas, el 77% de las PSU funcionarán sin fallas durante tres años (36 meses); equivalentemente, se espera que el 23% de las unidades fallen dentro de los tres años de funcionamiento. Para el mismo ejemplo, se espera que solo 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

${\displaystyle R(t)=e^{-{\frac {t}{t_{MTBF}}}}}$

donde t es el tiempo de funcionamiento 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 un fabricante. ^{[39] [40]}

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 sistema de alimentación ininterrumpida ; si se requieren N fuentes de alimentación para cumplir con el requisito de carga, se instala una adicional para proporcionar redundancia y permitir que una fuente de alimentación defectuosa se reemplace sin tiempos de inactividad. ^[41]

Un "comprobador de fuente de alimentación" es una herramienta que se utiliza para comprobar el funcionamiento de la fuente de alimentación de un ordenador. Los comprobadores pueden confirmar la presencia de los voltajes correctos en cada conector de la fuente de alimentación. Se recomienda realizar pruebas bajo carga para obtener lecturas más precisas. ^[44]

• 
  Probador de fuente de alimentación ATX con pantalla LCD
• 
  Probador de fuente de alimentación ATX con indicadores LED
• 
  Las pruebas de ondulación se realizan con una carga externa y un equipo de monitoreo ^[45]

El voltaje de la fuente de alimentación se puede monitorear mediante el monitor del sistema de la mayoría de las placas base modernas. ^[46] Esto a menudo se puede hacer a través de una sección dentro del BIOS o, una vez que se ejecuta un sistema operativo , a través de un software de monitoreo 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 fuente 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, lo que requiere una conexión al sensor de velocidad del ventilador o al puerto USB de la placa base.

• IEC 62700 (Fuente de alimentación de CC para ordenadores portátiles)
• Lista de fabricantes de fuentes de alimentación para ordenadores
• Gestión de energía
• PC silenciosa
• Aplicaciones de fuentes de alimentación conmutadas
• Señal PS-ON

• Guía de diseño de fuente de alimentación ATX12V, v2.01
• Guía de diseño de fuente de alimentación ATX12V, v2.2
• Guía de diseño de fuentes de alimentación ATX12V, v2.3 (Guía de diseño de fuentes de alimentación para formatos de plataformas de escritorio, v1.1)
• Guía de diseño de fuentes de alimentación ATX12V, v2.31 (Guía de diseño de fuentes de alimentación para formatos de plataformas de escritorio, v1.2)
• Guía de diseño de fuentes de alimentación ATX12V, v2.4 (Guía de diseño de fuentes de alimentación para formatos de plataformas de escritorio, v1.31)

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Fuentes de alimentación para computadoras .

• Cómo funcionan las fuentes de alimentación de PC
• Sitio web con información e investigaciones sobre la eficiencia de las fuentes de alimentación en modo activo
• Reparación y mantenimiento de PC: análisis en profundidad de la fuente de alimentación
• ¿Qué es la fuente de alimentación para computadoras?
• Varios cables y conectores de alimentación
• Tamaños de fuentes de alimentación, conectores y certificaciones, y procedimientos de prueba

• Calculadora de fuente de alimentación de OuterVision (actualizada con frecuencia)
• Calculadora de suministro de energía de SnooP y Goodone; proporciona la distribución de corriente eléctrica de los rieles
• Calculadora de fuente de alimentación para computadora (actualizada trimestralmente)