Fuente de alimentación electrónica: tipos y función

Cuando llegue el momento de seleccionar el dispositivo que más se adapte a tus necesidades, será una tarea importante. Debes considerar el voltaje de corriente que llega a tu casa u oficina, que tenga suficientes entradas de aire y además que el ventilador de la fuente no sea el único proveedor de aire del equipo.  Aquí en este artículo te explicamos la gran importancia que tiene la Fuente de Alimentación Electrónica, conoce varios de sus tipos y su función.

fuente de alimentación electrónica

¿Qué es la fuente de alimentación?

Una fuente de alimentación electrónica se encarga de convertir la corriente alterna o AC, en una forma continua de energía que los componentes del ordenador necesitan para funcionar, llamada corriente continua o DC. Al contrario de muchos componentes de Hardware, que su uso no es obligatorio, como por ejemplo un disco SSD, la fuente de alimentación es crucial, ya que sin ella, el resto del hardware interno no puede funcionar.

Las fuentes de alimentación que se encuentran dentro de la computadora no son las únicas que existen, el otro tipo de fuente de alimentación es la externa.

Por ejemplo, existen algunas consolas de juegos que tienen una fuente de alimentación electrónica conectada al cable de alimentación, y que debe estar situado entre la consola y la pared. En otras ocasiones, la fuente de alimentación viene integrada en algunos discos duros externos, y que son indispensables si el dispositivo no puede extraer suficiente energía del ordenador a través de USB. Las fuentes de alimentación externas son beneficiosas porque permiten que el dispositivo sea más pequeño y atractivo.

A la fuente de alimentación también se le conoce como fuente de poder. Las placas base, cajas y fuentes de alimentación vienen en diferentes tamaños, los cuales se denominan factores de forma. Estos tres elementos deben ser compatibles para que funcionen correctamente juntos.

La fuente de alimentación del ordenador es seguramente el componente con más posibilidades de tener fallas, ya que entra en calor y después en frío con cada uso, y recibe la primera corriente alterna de entrada cuando se enciende el PC.

Un ventilador que no funcione, reinicios continuos y aleatorios del computador, subidas y bajadas en la carga eléctrica, disminuyen considerablemente el tiempo de vida útil de la fuente. Debes tener en cuenta que los componentes de la fuente se degradan con los años, y su rendimiento también se puede ver afectado y poner en peligro tus componentes.

Clasificación

Todas las fuentes de alimentación electrónica se clasifican en, fuentes de alimentación lineal y conmutada. Las fuentes de alimentación lineales tienen un diseño muy simple, pudiendo hacerse mucho más complejo, cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, no obstante la regulación de la tensión es poco eficiente. Pero las fuentes de alimentación conmutada, aun siendo de la misma potencia que una lineal, por lo general será más pequeña y normalmente son más eficientes, pero serán más complejas, y por lo tanto más susceptible a sufrir desperfectos.

Fuentes de alimentación lineal

Las fuentes lineales tiene el siguiente esquema:

  1. Transformador:

Este se encarga de modificar el voltaje de entrada, a un voltaje con mayor o menor amplitud en su salida, que va a depender del tipo de fuente a utilizar. Este tipo de dispositivos, solo pueden trabajar con un voltaje alterno y es uno de los elementos principales dentro de una fuente de alimentación.

  1. Rectificador:

El rectificador está constituido por un puente de diodos, en el cual se recibe el voltaje del transformador y su función principal es el de convertirlo en voltaje de corriente directa.

  1. Filtro:

La principal tarea del filtro es poder disminuir las variaciones del voltaje, a través de los capacitores. Cuando se produce el filtrado, se genera un fenómeno llamado efecto rizo.

  1. Regulación:

El regulador se especializa en recibir la señal proveniente del filtro, para que una vez en la salida, se pueda obtener un voltaje continuo, sin que las variaciones en el voltaje sea un problema, y dependiendo del regulador será el voltaje de salida.

  1. Salida:

Es el voltaje resultante de los procesos anteriores dentro del circuito.

Fuentes de alimentación conmutadas

En este tipo de fuentes la regulación se obtiene a través del conmutador, normalmente tiene un circuito PWM “Pulse Width Modulation”, que cambia el ciclo de trabajo. En este paso, las funciones del transformador son las mismas que para fuentes lineales pero cambia solamente su posición. El segundo rectificador se encarga de convertir la señal alterna pulsante que llega del transformador, en un valor continuo. La salida también puede ser un filtro de condensador.

Una de las ventajas de las fuentes lineales, es que tienen una mejor regulación, velocidad y mejores características de compatibilidad electromagnética o EMC.

Las fuentes conmutadas tienen el siguiente esquema:

  1. Rectificación y filtrado:

En este paso es donde se produce la rectificación y filtrado del voltaje de la corriente alterna, convirtiéndolo en una señal continua y pulsante.

  1. Conmutador:

Este se encarga de convertir una señal pulsante en una onda cuadrada, y esta es introducida en un transformador. Aquí en esta sección pueden existir diferentes tipos de configuraciones de inversores DC-DC, como son: Buck, Boost, Buck-Boost.

  1. Rectificador y filtrado secundario:

Una vez más se rectifica y filtrar la salida de la sección de conmutación, para que la entrega de la señal continúa, sea más lineal.

  1. Controlador:

Este se encarga del control de las oscilaciones de la etapa de conmutación. Este bloque está constituido por un oscilador de frecuencia fija, un voltaje de referencia, también por un comparador de voltaje y por un modulador de ancho de pulso PWM. El modulador recibe el pulso del oscilador y genera una modificación de su ciclo, según sea la señal que envía el comparador. El comparador se encarga de examinar el voltaje de salida, de la rectificación secundaria con el voltaje de referencia.

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Especificaciones

Entre las especificaciones primordiales de las fuentes de alimentación electrónica, tienes su rendimiento, y este se mide por la potencia total de salida entre la potencia activa de entrada.

  • Potencia activa

La potencia activa o eléctrica es la proporción por unidad de tiempo, o ritmo, con la cual la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico. Esto no es más que la cantidad de energía eléctrica que se entrega o es absorbida por un elemento en un momento determinado y su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt (W).

Cuando una corriente eléctrica corre o fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos transforman la energía eléctrica de muchas maneras, como calor, luz o movimiento. La tensión eléctrica puede ser definida, como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas.

  • Factor de potencia

En un circuito de corriente alterna la relación que existe, entre la potencia activa y la potencia aparente, es el factor de potencia.

El factor de potencia es una medida que no tiene unidades, solo numérica, un número. Si fuera de valor 1 quiere decir que su rendimiento es máximo, toda la potencia (energía) que absorbe de la red se convierte en útil. Si fuera 0 sería lo peor, no habría nada útil.

  • Potencia aparente

Es la cantidad total de potencia que consume un equipo eléctrico. Los equipos que presentan la potencia en kVA son los que tienen componentes como transformadores, motores y equipos electrónicos, tales como: televisores, computadores, bombas hidráulicas, neveras, aires acondicionados entre otros.

  • Regulación de línea

La regulación de línea es la medida de la capacidad que tiene una fuente de alimentación para mantener la tensión de salida nominal, con variación de la tensión de alimentación. Por lo general la tensión de alimentación es una tensión continua no regulada. Es decir una fuente no debe variar la tensión a la que se le haya requerido, independientemente de que la tensión de la línea exterior varíe.

Partes de una fuente de alimentación

  • Ventilador

Su función es mantener los circuitos con una buena temperatura, sacando el aire caliente de la parte interna del gabinete y de la fuente.

  • Conector de alimentación

En él se conecta el cable de corriente que lleva la energía eléctrica desde el tomacorriente.

  • Selector de voltaje

Permite que pueda seleccionarse el tipo de voltaje, bien sea 240 voltios o 120 voltios.

  •  Conector de suministro

Te brinda la posibilidad de llevar electricidad a diversas clases de monitores Cathode Ray Tube o CRT.

  • Conector ATX o AT

Se encarga de llevar la electricidad hasta la tarjeta principal.

  • Conector de 4 terminales tipo IDE

Son los encargados de llevar la energía eléctrica a las unidades ópticas, y a los discos duros.

  • Interruptor manual

Nos permite encender la fuente de poder, en forma mecánica.

  • Partes Internas

Son todos aquellos circuitos que se encargan de transformar la electricidad, y que sea suministrada correctamente a todos los dispositivos.

  • Conector de 4 terminales tipo FD

Tienen como función la de energizar a las unidades de Diskette.

  • Cables de voltaje

Son los cables son de salida y se conectan al computador para emitir los diferentes tipos de voltajes. Los negros tienen 0 voltios, los de color naranjas tienen 3.3 voltios, los de protector rojo tienen 5 voltios y los de color amarillo tienen 12 voltios. Los cables identificados con el color verde, son los que controlan el sistema.

  • Transformador de conmutación

Es un dispositivo electrónico que se encarga de cambiar la energía eléctrica, valiéndose de transistores en conmutación.

  • Capacitores de filtrado

Tienen como principal característica, que pueden asociarse con los condensadores para filtrar el rizado, y poder obtener una corriente en forma continúa en la que su tensión no cambie al pasar el tiempo.

  • Transistores de conmutación o conmutadores

Por lo general se encuentran acoplados a un disipador de aluminio. Su uso y función es similar al de los transistores comunes.

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¿Cómo hacer los cálculos para construir nuestra propia fuente de poder?

Transformador

Lo primero que debes conocer es que tensión de salida quieres tener y la tensión de entrada a la que la conectaras. Además debes tener claro que en los transformadores no existe mucha pérdida, por lo que la potencia tanto en el primario, como el secundario será igual.

Diodos para el Puente Rectificador

Se hace necesario que determines la tensión y la corriente máxima de trabajo, que serán necesarias para el circuito. Por ejemplo, si pretendes construir una fuente de alimentación de 12v y 1A en el secundario, deberás utilizar un puente rectificador de 4 diodos, que puedan soportar por lo menos 1A y 12v.

El Filtro

Para calcular el valor del condensador, debes cuidar de mantener un equilibrio entre el valor máximo de la tensión de entrada, la tensión mínima que quieres que tenga la tensión de entrada y que determina el rizado de la fuente. Además de procurar respetar los periodos de la señal de la red, para 50Hz y rectificador de onda completa que son 10 ms.

Factor de Rizado

Como ya sabrás el factor de rizado se expresa por la relación que existe entre el valor eficaz de la tensión de rizado y la tensión continua de salida. Si quieres tener una tensión continua, y sobre ella quieres incorporar una tensión de rizado, la magnitud de este rizado dependerá del valor de la resistencia de carga y al valor del condensador. Si la capacidad de tu condensador es mayor, tendrás más tensión de rizado.

El Estabilizador

Cuida que la tensión de entrada sea de entre 2 y 3v superior a la de salida de la fuente, para que esta pueda funcionar correctamente.

Mejoras en la Fuente de Alimentación

Las nuevas unidades poseen una entrada de 88 a 264 VAC, tienen disponible una entrada seleccionable mediante un conmutador de 115 a 230 VAC. Incluyen una protección ante las elevaciones de corriente y voltaje, que pueden resistir subidas de tensión de hasta 300 VAC, de por lo menos, cinco segundos.

Todos los modelos de esta generación son más eficientes hasta un 4%, con respecto a otros productos similares. Una temperatura de operación que puede ir entre los -25 y +50 °C.

Fuentes de alimentación especial o alterna

Las fuentes de alimentación alternas son todas aquellas en donde la potencia que se entrega a la carga, está siendo controlada por transistores, los cuales son controlados en fase para poder entregar la potencia requerida a la carga.

Otra categoría de alimentación de fuentes alternas, son aquellas en donde la frecuencia es variada, y que mantienen la amplitud de la tensión, logrando un efecto de fuente variable en casos como motores y transformadores de tensión.

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Conoce las características de la fuente de poder

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