¡Hola, entusiastas de la electrónica!
¿Alguna vez te has preguntado qué sucede dentro de esa caja metálica que alimenta todos los componentes de tu computadora? Las fuentes de alimentación conmutadas, especialmente el estándar ATX (Advanced Technology eXtended), son verdaderas obras de ingeniería, pero su funcionamiento puede parecer un misterio.
En esta guía completa, vamos a desmitificar el proceso. Basado en nuestro video detallado en el canal, hemos transformado la explicación en un paso a paso escrito para que puedas consultar siempre que lo necesites.
Vamos a sumergirnos en los 10 pasos fundamentales que transforman la corriente alterna de tu toma de corriente en los voltajes precisos que tu PC necesita para funcionar.
Las fuentes conmutadas ATX poseen características únicas cuando se comparan con las fuentes conmutadas (SMPS - Switched Mode Power Supply) más genéricas. La principal de ellas es la capacidad de proporcionar múltiples tensiones de salida estabilizadas, como +12V, +5V, +3.3V, -12V, y el esencial 5VSB (Standby). Aunque existen variaciones, este es el estándar que encontramos en la mayoría de los computadores.
El principio de funcionamiento de todas las SMPS es similar: controlar la tensión de salida encendiendo y apagando un circuito conmutador a altísima velocidad. La magia está en ajustar el ancho y la frecuencia de estos pulsos para obtener exactamente el voltaje deseado en la salida. Vamos a entender cómo esto es orquestado.
📌 Los 10 Pasos del Funcionamiento de una Fuente ATX
Para facilitar la comprensión, hemos dividido el complejo funcionamiento de una fuente ATX en un diagrama de 10 bloques. Cada bloque representa una etapa crucial del proceso, desde la entrada de la energía hasta la entrega final a los componentes.
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| Fig. 2 - Diagrama de Bloques Fuente de Alimentación Conmutada - SMPS - ATX |
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Este artículo es un complemento a nuestro video en YouTube. Si eres más visual, mira la explicación completa abajo y luego usa esta guía como material de consulta.
🔷1° Paso – Filtro de Transitorios (Entrada AC)
Esta es la puerta de entrada. El voltaje de tu red eléctrica (110V o 220V AC) entra en la fuente por aquí. La primera línea de defensa es un fusible, diseñado para romperse en caso de un cortocircuito severo en cualquier etapa siguiente, evitando daños mayores.
Inmediatamente después, encontramos el NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo), un termistor que limita la corriente de sobretensión inicial. Con el circuito frío, él posee una resistencia alta (cerca de 15 Ohmios), pero a medida que se calienta con el paso de la corriente, su resistencia cae a menos de 1 Ohmio, permitiendo el funcionamiento normal.
Finalmente, bobinas y capacitores (Clase X y Y) forman un filtro contra EMI (Interferencia Electromagnética). Ellos impiden que los ruidos de alta frecuencia generados por la conmutación de la fuente "se filtren" a la red eléctrica e interfieran en otros aparatos.
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| Fig. 3 - Filtro de Transitorios y protección fuente ATX |
🔷 2° Paso – Rectificación Primaria
El voltaje alterno (AC) que pasó por el filtro ahora necesita ser convertido. Esta tarea es del puente rectificador, un componente único (o un arreglo de cuatro diodos) que transforma el voltaje sinusoidal en una corriente continua pulsante. Piensa en ello como tomar una onda (AC) y voltear toda la parte de abajo hacia arriba, creando una serie de "colinas" de voltaje positivo.
En el caso de nuestra fuente de ejemplo, tenemos un puente de diodos formado por un arreglo de 4 diodos integrados, como se ilustra en la Figura 4 abajo.
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| Fig. 4 - Puente de Rectificación Primaria fuente ATX |
🔷 3° Paso – Filtrado (El Gran Almacenamiento)
La corriente continua pulsante de la etapa anterior todavía no es útil para alimentar electrónicos sensibles. Necesitamos un voltaje estable. Aquí es donde entran los dos grandes capacitores electrolíticos del circuito primario.
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| Fig. 5 - Filtrado primario fuente ATX |
Ellos actúan como reservorios de energía: se llenan durante el pico de los "colinas" de voltaje y liberan energía cuando el voltaje comienza a caer, suavizando las ondulaciones.
El resultado es un voltaje de corriente continua (DC) alto y relativamente estable, alrededor de 300 a 320 Voltios, que servirá de "combustible" para la próxima etapa.
🔷 4° Paso – Conmutadores de Potencia
Aquí está el corazón pulsante de la fuente. Los conmutadores son transistores de alta potencia (generalmente MOSFETs) que funcionan como interruptores electrónicos ultrarrápidos. Ellos toman los ~300V DC de la etapa de filtrado y los "trocean" en pulsos de onda cuadrada a altísima frecuencia, típicamente entre 20 kHz y 100 kHz (miles de veces por segundo!).
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| Fig. 6 - Conmutadores de potencia fuente ATX |
Ellos no trabajan solos; reciben comandos precisos del Circuito de Control (Etapa 9). La velocidad y la duración con la que encienden y apagan es lo que, al final, determinará el voltaje exacto en las salidas de la fuente.
🔷 5° Paso – Transformador Principal (Chopper)
Los pulsos de alta tensión y alta frecuencia de los conmutadores alimentan el devanado primario del transformador chopper. Este componente tiene dos funciones vitales:
- Aislamiento Galvánico: El aísla eléctricamente el lado primario de la fuente (de alta tensión, conectado a la toma) del lado secundario (de baja tensión, que alimenta tu PC), garantizando seguridad.
- Reducción de Tensión: Reduce drásticamente la alta tensión de entrada para los niveles más bajos que necesitamos en la salida (+12V, +5V, etc.).
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| Fig. 7 - Transformador Chopper de Alta Frecuencia fuente ATX |
Gracias a la alta frecuencia, este transformador puede ser mucho más pequeño, más ligero y más eficiente que los transformadores gigantes encontrados en fuentes lineales antiguas.
🔷 6° Paso – Rectificación Rápida (Secundario)
La salida del transformador es nuevamente una corriente alterna de alta frecuencia, pero ahora con voltajes mucho más bajos. Necesitamos convertirla a DC una última vez. Sin embargo, diodos rectificadores comunes son lentos demasiado para seguir una frecuencia entre 20KHZ a 100KHZ, dependiendo del tipo de fuente.
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| Fig. 8 - DIODOS SCHOTTKY - Diodo de recuperación rápida |
Por eso, en esta etapa, se usan diodos de recuperación rápida, más conocidos como Diodos Schottky. Ellos son diseñados específicamente para operar a altísimas velocidades con pérdidas mínimas de energía.
🔷 7° Paso – Filtros de Salida
Después de la rectificación rápida, el voltaje ya es continuo, pero todavía lleva "ruidos" (el llamado ripple) de la conmutación en alta frecuencia. La etapa final de pulido ocurre aquí, en un conjunto de inductores y capacitores conocido como filtro LC, como se ilustra en la Figura 9 abajo.
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| Fig. 9 - Filtros de Salida fuente ATX |
- Los inductores actúan como un "amortiguador" para la corriente, suavizando picos y variaciones bruscas.
- Los capacitores filtran cualquier ondulación de voltaje restante, garantizando una entrega de energía limpia y estable para los componentes del computador.
Una falla en esta etapa es una causa común de inestabilidad en computadoras, como bloqueos y reinicios aleatorios.
🔷 8° Paso – Transformador Driver
¿Cómo el "cerebro" de la fuente (el CI controlador) opera en el lado seguro de baja tensión, pero necesita comandar los conmutadores de potencia en el lado peligroso de alta tensión? La respuesta es el transformador driver.
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| Fig. 10 - Transformador Driver aislador fuente ATX |
Funciona como un mensajero aislado, tomando los pulsos de control de baja potencia del CI y transfiriéndolos, de forma segura y eléctricamente aislada, para accionar los transistores conmutadores de la Etapa 4.
🔷 9° Paso – CI Controlador (El Cerebro PWM)
Este es el cerebro de la operación. Un Circuito Integrado (CI) dedicado monitorea constantemente los voltajes de salida de la fuente (+12V, +5V, etc.) a través de un circuito de retroalimentación. Sabe exactamente qué voltaje debe entregar.
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| Fig. 11 - Circuito Integrado Controlador PWM Fuente ATX |
Si el voltaje de +12V cae un poco porque tu tarjeta gráfica comenzó a trabajar más, el CI detecta esto instantáneamente y ajusta la señal que envía a los conmutadores. Usa una técnica llamada PWM (Pulse Width Modulation - Modulación por Ancho de Pulso), que básicamente agranda o estrecha los pulsos de "encendido/apagado" para entregar más o menos energía, manteniendo la salida perfectamente estable.
🔷 10° Paso – Fuente Auxiliar (5VSB - Standby)
¿Alguna vez te has preguntado cómo puedes encender el PC con el botón, o cómo el LED de tu tarjeta de red parpadea incluso con el computador apagado? Agradece a la fuente VSB (Voltage Standby).
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Fig. 12 - Fuente Primaria VSB +5V 2A |
Esta es una pequeña fuente de alimentación independiente dentro de la fuente principal que siempre está activa mientras el cable de energía esté en la toma.
Genera la línea de +5V Standby con aproximadamente 2 Amperios, que alimenta los circuitos de espera de la placa base. Es ella que permite que la placa base detecte la pulsación del botón de encendido y envíe la señal PS_ON al CI controlador, ordenándole "despertar" el resto de la fuente.
❓ Preguntas Frecuentes sobre Fuentes ATX (FAQ)
1. ¿Qué es exactamente una fuente ATX?
ATX (Advanced Technology eXtended) no es un tipo de fuente, sino un estándar de la industria para componentes de PC. Una fuente ATX sigue especificaciones de tamaño, conectores y señales eléctricas (como el PS_ON) para garantizar compatibilidad con la mayoría de las placas base y cajas del mercado.
2. ¿Cómo funciona una fuente ATX de forma resumida?
Como explicamos en detalle en el artículo, convierte la corriente alterna (AC) de la toma en corriente continua (DC) de alto voltaje. Luego, "trocea" esa energía en alta frecuencia, la pasa por un transformador para bajar el voltaje y aislar el circuito, y finalmente, rectifica y filtra esa energía para entregar los voltajes limpios de +12V, +5V y +3.3V que tu PC utiliza.
3. ¿Cómo puedo saber si una fuente ATX es de buena calidad?
Verifica tres cosas principales: la certificación 80 Plus (indica la eficiencia energética), el peso de la fuente (componentes de calidad son más pesados) y la reputación de la marca. Fuentes de calidad también listan todas las protecciones incluidas (OVP, OCP, SCP, etc.) en sus especificaciones.
4. ¿Qué significa la certificación 80 Plus (Bronze, Gold, etc.)?
Es un sello que garantiza la eficiencia energética de la fuente. Una fuente 80 Plus Bronze, por ejemplo, convierte como mínimo el 82% de la energía que toma de la toma en energía útil para el PC, desperdiciando como máximo el 18% como calor. Cuanto mejor el sello (Silver, Gold, Platinum), más eficiente es y menos energía desperdicia.
5. ¿Puedo usar una fuente con más Watts de lo que mi PC necesita?
Sí, e incluso es recomendado. La fuente de alimentación solo entrega la potencia que los componentes solicitan. Usar una fuente con margen (ej: una de 750W para un sistema que consume 500W) garantiza que trabaje con más eficiencia, se caliente menos y tenga una vida útil más larga.
6. ¿Cómo encender una fuente ATX fuera del computador (en el banco)?
Es simple, pero requiere cuidado. Con la fuente desconectada de la toma, usa un clip de papel o un cable para hacer un "jumper" (un puente) entre el pin del cable verde (PS_ON) y cualquier pin de cable negro (Tierra/GND) en el conector de 24 pines. Al conectar la fuente a la toma y encender el interruptor trasero, se encenderá.
7. ¿Cuál es la diferencia entre una fuente modular, semi-modular y no-modular?
- No-modular: Todos los cables son fijos en la fuente. Es la opción más barata, pero dificulta la organización.
- Semi-modular: Los cables esenciales (placa base y CPU) son fijos, y los otros (tarjeta gráfica, SATA) son removibles.
- Full-modular: Todos los cables son removibles. Ofrece máxima flexibilidad para la organización (cable management).
8. ¿Qué son las líneas (o rails) de +12V, +5V y +3.3V?
Son los voltajes de salida que alimentan diferentes partes de tu computadora. La línea de +12V es la más importante, alimentando componentes de alto consumo como el procesador (CPU) y la tarjeta gráfica (GPU). Las líneas de +5V y +3.3V alimentan componentes de menor consumo, como SSDs, HDDs y chips en la placa base.
9. ¿Una fuente ATX tiene vida útil? ¿Cuándo debería reemplazarla?
Sí. El componente que más se degrada son los capacitores electrolíticos, que pierden su capacidad con el tiempo y el calor. Una fuente de buena calidad puede durar de 5 a 10 años. Señales de que es hora de reemplazarla incluyen inestabilidad en el sistema (bloqueos), ruidos extraños (zumbidos) o si simplemente ya no enciende.
10. ¿Es peligroso abrir una fuente de alimentación ATX?
SÍ, EXTREMADAMENTE PELIGROSO. Los capacitores primarios pueden almacenar una carga eléctrica letal por minutos o incluso horas después de que la fuente sea desconectada de la toma. Nunca abras una fuente de alimentación a menos que seas un profesional calificado y sepas cómo descargar los capacitores con seguridad.
🧾 Conclusión: Una Orquesta de Alta Velocidad
Como hemos visto, el funcionamiento de una fuente ATX es un baile complejo y sincronizado de componentes. Desde el filtrado inicial hasta la regulación inteligente por PWM, cada etapa es crucial para convertir la energía "cruda" de la toma en múltiples voltajes limpios, estables y seguros que dan vida al tu computadora.
Esperamos que esta guía haya desvelado el misterio y haya alcanzado tus expectativas. Entender estos procesos no solo satisface la curiosidad, sino que también ayuda a diagnosticar problemas y a elegir una fuente de calidad para tu configuración.
Artículo original publicado en FVML (portugués) – 12 de Diciembre de 2019
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