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(Guía N°3) ¿Cómo elegir una fuente de poder/PSU para nuestra PC?

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En esta tercera guía veremos uno de los componentes más subestimados o dejado de lado, las PSU (fuentes de poder). Este es uno de los componentes vitales de nuestra PC, o el más vital literalmente, por lo que su calidad de construcción y estabilidad tienen que ser evaluadas antes de la compra.

¿Qué es y cómo funciona una fuente de poder/ alimentación (PSU)?

Antes de continuar debemos conocer que es lo que hace una fuente, que función cumple específicamente.

Una fuente poder o PSU es un componente capaz de  convertir la corriente alterna CA (220 V corriente normal de la red de  distribución, 125 V en algunos países) en corriente continua  CC  que necesita nuestra PC.

Las etapas de este proceso se determinan por los siguientes pasos:
• Transformación: un transformador a bobina, como indica su nombre, transforma la corriente 220 V en 12 V.
• Rectificación: como dijimos, esta corriente aún es alterna (CA), y todos los componentes de la PC necesitan corrientes continuas (CC) para su funcionamiento, por lo tanto, es el puente rectificador el encargado de modificar esa corriente.
• Filtrado: como su nombre también lo indica, sirve para estabilizar la corriente, mediante condensadores que dejan pasar la corriente en forma plana, esto es, sin oscilaciones.
• Estabilización: este proceso es el que nos permite mediante un regulador estabilizar la corriente por completo, incluso en pérdidas o sobrecargas en la entrada de corriente alterna (CA) del transformador. También es el encargado, mediante circuitos integrados PWM (Pulse Width Modulation), de verificar y proteger los voltajes haciendo que la fuente se reajuste en función de le energía requerida de acuerdo a los dispositivos conectados. Este es el funcionamiento general de cualquier PSU de PC. Pero su eficiencia varía de acuerdo a la calidad de los componentes, su
refrigeración y la estabilidad de los voltios que entrega en cada línea.

Como interpretar las etiquetas de las fuentes de poder

Todas las PSU están catalogadas de acuerdo a la potencia máxima que pueden entregar. El problema surge cuando entre estas especificaciones la teoría no es completamente cierta y la PSU no puede entregar toda la potencia que indican sus especificaciones. Esto se puede deber a 3 motivos principales:

Se etiqueta la fuente de poder con su máximo punto de alimentación: Debemos tener en cuenta que este problema surge cuando uno espera un rendimiento continuo de determinados watts de potencia y en realidad la etiqueta indica los picos de watts máximos que puede entregar el fuente de poder en tiempos muy breves.

Su máxima potencia es medida de acuerdo a temperaturas ambientes ideales: A medida que la temperatura ambiente asciende, la temperatura dentro del gabinete también, por lo que la PSU pierde rendimiento. Este proceso físico se llama pérdida de potencia y sucede cuando los semiconductores se calientan y pierden su eficiencia, lo que causa una reducción de su capacidad para suministrar corriente. La variación de temperatura es un tema muy importante, dado que la merma de potencia debido a la temperatura es grande.

Como se puede ver en este último esquema, este transistor trabaja eficientemente en 25ºC entregando 24 A. Cuando se lo somete a una temperatura de 100 ºC, este mismo transistor no puede entregar más de 15 A, por lo que la merma en la potencia es considerable. Teniendo en cuenta este concepto, es necesario saber cuántos watts máximos entrega la PSU, pero también a qué temperatura. Hay casos en que las etiquetas no muestran la realidad. Esto sucede casi siempre en el caso de las PSU genéricas. Dicen una cantidad de watts que la PSU no puede entregar.

En la fuente EVGA se indica que es capaz de hacer 450W a más de 40°C.

El otro punto que siempre genera confusión es que no necesariamente la suma de todos los valores corresponde al total de la fuente. En teoría sí, pero en la práctica no. Tomemos el ejemplo de la imagen:

En la línea de 3.3 V, tenemos como máximo un amperaje de 22 A. Estos amperes son lo máximo teórico que puede entregar la línea de 3.3 V, pero no necesariamente el máximo real que puede entregar esa línea, de acuerdo a los componentes en ella conectados. Para simplificar, como las líneas de 3.3 V y 5 V tienen un máximo teórico de 130 w, es menor que la suma de sus dos amperajes, esto es, 22 A + 22 A, que resultarían un total de 110 watts para la línea de 5 V y 72.6 watts para la línea de 3.3 V, sumando 182.6 watts. Por lo tanto, si bien cualquiera de las líneas soportan 22 A, la suma de los componentes conectados a ellas no pueden ser igual a 22 A.

Lo mismo pasa con la línea de 12 V y con todas las líneas combinadas. Cuantos más componentes repartan esos voltajes y más amperes consuman, la combinación total no debe sobrepasar el máximo para esta línea, independientemente de la cantidad de amperes que pueda soportar determinada línea. Por lo tanto, cuando uno compra una fuente, lo que tiene que ver es que la capacidad máxima se encuentre en las líneas de 12 V y no así en las de 5 V o 3.3 V.

Eficiencia

La eficiencia de una PSU se mide entre la cantidad de potencia que es alimentada en corriente alterna CA y la cantidad de potencia que entrega en corriente continua CC. Esto se refleja en una formula simple:

eficiencia = corriente continua / corriente alterna o simplificando, E=CC/CA

Como ejemplo, si la PSU está consumiendo 500w de CA y está  entregando 250 w de CC, la eficiencia seria del  50%. El ideal de la eficiencia es de al menos el 80%. Que ventaja sugiere esto?

En primer lugar y lo que más nos importa es la generación de calor. Si esta fuente, en vez del 50%, tuviera una eficiencia del 80%, para entregar los mismos watts de corriente continua, esto es 250 w CC, necesitaría solo 350 w CA de la red domiciliaria. Estos 100 w de más deberán ser disipados por la fuente, por lo que siempre que la fuente sea más eficiente, menor será el calor a disipar y menor será el estrés que puedan sufrir sus componentes. El otro punto no menos importante es el consumo de la fuente con respecto a la factura de luz.

Algo importante es que esta eficiencia no es continua, esto es, cuanto mayor sean los watts de CC que exija nuestra PC o mejor dicho, cuanto más nos aproximemos a los watts totales de entrega que tiene la fuente, menor será la eficiencia.

En esta imagen se puede ver la curva de eficiencia de una fuente con certificación 80+ gold.

No todas las fuentes tienen la misma curva de eficiencia. Las diferencias entre estas están catalogadas en la calificación 80 Plus, de acuerdo a la potencia entregada, la potencia recibida y la eficiencia mantenida en las diversas cargas a constante temperatura.

En esta imagen se puede ver la curva de eficiencia de una fuente con certificación 80+ Bronze.

Como se ve en estas últimas imágenes, la curva alcanza su mayor eficiencia cuando el consumo total de CC de la fuente no supera entre el 40% y el 60% del total de watts entregados por esta. Se destaca además que la fuente tiene mejor eficiencia cuando funciona en líneas de 220 V en vez de 125 V. Por lo tanto, como recomendación para una compra inteligente, tendremos que tener en cuenta los siguientes parámetros:

  • Consumo: medimos el consumo total de nuestra PC en watts.
  • Eficiencia: elegimos de acuerdo al consumo, una fuente que trabaje entre el 40% y el 60% del valor total de watts de consumo de la PC.

Por ejemplo, si la PC consume un total de 400 w en plena carga, podremos elegir fuentes de 750 w de potencia para arriba. Esto se ve reflejado en los costos, pero al mismo tiempo tenemos garantías de una mejor eficiencia, menores temperaturas que afectan a todo el sistema, posibilidades de actualizaciones futura.

Eficiencia y certificación: Ecos Plug Load Solutions es una empresa que mide la eficiencia de las fuentes y otorga a las que consiguen una eficiencia superior al 80% y un factor de potencia del 0.9% al 100% de su carga una certificación llamada 80 Plus. La certificación 80 Plus se hace bajo exigentes normas y se le otorgan distintas clasificaciones a cada uno de los productos testeados. Las empresas fabricantes de PSU envían sus productos para la certificación y se les otorga la certificación de acuerdo al porcentaje de eficiencia.

La clasificación para la certificación es de la siguiente manera:

Si bien existen muchas contras del sistema 80 Plus, como ser que en su laboratorio existe una temperatura controlada constante de 23º C, cosa impensada en la mayoría de los gabinetes, o que solo existen las tres condiciones de cargas, 20%, 50% y 100%, es la única certificación que provee información al consumidor en cuanto a la eficiencia de los productos disponibles en el mercado. Para más información de los productos testeados:

http://www.plugloadsolutions.com/80PlusPowerSupplies.aspx

Corrección del factor de potencia (PFC)

Se habla mucho del PFC y es prácticamente una jugada más de marketing por parte de las empresas fabricantes de PSU. En realidad, el PFC se implementó de acuerdo a medidas energéticas estándares en Europa, pero se fue extendiendo hasta estandarizarse en el mundo. Entendamos primero qué es PFC. El factor de potencia es la diferencia entre la potencia activa y la potencia aparente de un circuito: Factor de potencia= potencia activa/potencia aparente

No necesariamente tenemos que entender las diferencias entre estas potencias y la reactiva, pero sí tenemos que tener en cuenta que la relación de esta puede variar entre 0 (0%) y 1 (100%) y cuanto más cercano esté el valor a 1, el circuito absorberá menos potencia reactiva. Existen dos tipos de circuitos PFC, los pasivos y los activos. Mientras los pasivos utilizan componentes que no necesitan energía, son menos eficientes, por lo que se ajustan a valores de entre el 0.6 y el 0.8 (60% y 80%), los PFC activos usan componentes electrónico, por lo que son capaces de generar factores de potencia de más de 0.95 (95%). Las PSU sin PFC tienen un factor de potencia inferior al 0.6 (60%). No existe igualmente una relación con respecto a si una PSU con PFC activo o pasivo es mejor que otra. Lo que sí sabemos es que las PSU con PFC activo serán más eficientes en cuanto al consumo de potencia reactiva, pero no debemos confundir con la eficiencia de potencia que esta puede entregar, por lo que no es necesario buscar este estándar como algo necesario a la hora de comprar una PSU.

Para concluir:

  • La fuente de alimentación de un PC básicamente transforma la corriente alterna en corriente continua. 
  • Los voltajes a tener en cuenta son +3.3V, +5V, +12V, -12V y +5Vsb, aunque el determinante es +12V.
  • Los distintos voltajes se ofrecen a través de los distintos conectores:
  • ATX: Conector de 20+4 pines a placa.
  • ATX 12V: Conector 4+4 pines a placa, alimentación del procesador.
  • EPS: Conector 8 pines a placa, alimentación del procesador. (básicamente es un ATX 12V con los 8 pines indivisibles)
  • PCI Express: Conector 6, 6+2 u 8 pines para tarjetas gráficas.
  • SATA: Conector “moderno” de alimentación para unidades de almacenamiento SATA, aunque también podemos verlo en otros dispositivos.
  • Molex: Conector “antiguo” de alimentación para unidades de almacenamiento IDE, aunque también es habitual en la conexión de ventiladores.
  • Floppy: Conector para disqueteras aun incluido en muchos modelos.
  • Un raíl es una línea por la que se ofrece un determinado voltaje. Habitualmente, se habla del número de raíles de una fuente como el número de líneas de +12V, siendo lo habitual 1 o 2. Esto implica un reparto de la potencia entre los distintos raíles, lo cual es bueno y malo según para que equipo.
  • Un raíl único reduce los problemas de falta de potencia para gráficas de altas prestaciones.
  • Un raíl doble reduce los problemas en caso de sobretensión. Al estar los componentes en líneas separadas no pueden producirse daños en todos si una sola línea se sobrecarga.
  • El valor de potencia que muestra una fuente de alimentación no siempre es preciso. Esto se debe a que las unidades más económicas hacen las mediciones a una temperatura ambiente muy baja, mientras que las marcas más prestigiosas lo hacen a una temperatura ambiente de hasta 30ºC.
  • Un modelo de fuente modular indica que su cableado puede ser desmontado. Cuando especifican semi-modular hacen referencia a que los conectores imprescindibles no son desmontables (ATX, ATX 4+4, 1 o 2 PCIe). Cuando especifican modular, puede indicar una cosa u otra.
  • Nota:Antes de comprar un modelo modular, debemos reconsiderarlo sabiendo que las torres actuales permiten organizar y ocultar el cableado a la perfección. Puede ser más interesante invertir el sobrecoste de una fuente modular en una de mayor calidad.
  • Los certificados 80+ habla de la eficiencia energética de la fuente. Básicamente indica que la diferencia entre la energía consumida y la ofrecida al PC está por encima del 80, o lo que es lo mismo, la perdida de energía por calor es inferior al 20%.
  • Para otorgar estos certificados se mide la eficiencia con una carga del 10/20/50/100 % dando lugar a los siguientes niveles:
  • Una mayor eficiencia no implica directamente una mejor fuente de alimentación, aunque lógicamente para  una mayor eficiencia son necesarios componentes de mayor calidad y por ello suele estar estrechamente relacionado.
  • Un indicativo de la calidad de una fuente de alimentación es su peso. Lógicamente no es algo 100% fiable, pero una fuente de alimentación pesada suele incluir componentes de mayor calidad o mayor cantidad de estos para mejores protecciones.
  • El formato, o factor de forma, habitual es ATX, aunque existen modelos TFX/LFX (estrechas y alargadas), CFX (compacta y con forma de P) o Flex ATX (habitúan en barebones). Solo si vamos a elegir una caja de pequeñas dimensiones debemos tener muy en cuenta que formato de fuente aceptan.
  • El PFC (Power Factor Corrected) es una mejora en la entrega de potencia. Influye en una potencia más estable y eficiente, por lo que afecta al consumo, generación de calor y ruido en gran medida. A la relación entre potencia consumida y ofrecida se le llama factor de potencia y en líneas generales podemos ver que:
  • Sin PFC: Factor de potencia del 60%
  • PFC Pasivo: Factor de potencia de entre 70% y 85%
  • PFC Activo: Factor de potencia del 95%

En la práctica, es siempre recomendable una fuente de alimentación con PFC activo y exceptuando los modelos más económicos suele venir incluido.

  • Un factor a tener por algunos en cuenta es el ruido, básicamente generado por el ventilador. Existen modelos que controlan la velocidad de giro de este en función de la temperatura, manteniéndolo incluso apagado cuando la fuente esta en baja carga.
  • Las protecciones más habituales, aunque no incluidas en todos los modelos, son:
  • SCP: Corto circuito
  • OPP: Sobrecarga
  • OCP:Sobre-corriente
  • OTP:Sobre-temperatura
  • OVP:Sobretensión
  • UVP: Sub-tensión
  • Nota: En fuentes multi-raíl, cada uno cuenta con una protección OCP individual y de ahí la protección adicional.

Actualización:

En junio de 2017, se agregaron nuevas certificaciones a las fuentes de poder:

Cybenetics está certificando las PSU con mayor precisión en cuanto a eficiencia y certificación también para el nivel de ruido, algo que no existía hasta ahora. Pero esto no es todo, Cybenetics también ofrece informes y evaluaciones de PSUs, como por ejemplo este de una Cooler Master MasterWatt Maker MIJ. https://www.cybenetics.com/code/pdf.php?id=9Xe

Para empezar, tenemos la certificación ETA:

ETA se encarga de medir diferentes puntos de eficiencias, gracias a que se comprueban muchas combinaciones como el factor de potencia, la eficiencia de la línea 5VSBm y el consumo de energía en modo de reposo.

Continuando tenemos LAMBDA:

Esta se encarga de certificar el nivel de ruido de la fuente de poder en su totalidad y con precisión. Acá vemos unos cuantos niveles de clasificación:

Son muchas las empresas que se están sumando y la idea de este no es suplantar al sistema ya conocido Plus, sino trabajar en conjunto con este.


Hasta aquí la guía de fuentes de poder/PSU para tu PC. Si tienes alguna duda, déjanos un comentario que a la brevedad estaremos ayudándote. Gracias por pasar.

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