设备/电器如何在需要时消耗更多电流?

电器工程 当前的 绘画
2022-01-09 06:56:47

假设我有一台台式电脑,我决定做一些需要更多处理能力的事情。在这种情况下,我的计算机将消耗更多电流以增加功率。这种电流增加是如何实现的?我的计算机会打开更多的并联电路,从而降低总电阻吗?还是他们有电子电位器或完全不同的东西。台式计算机中使用的技术是否与更改烤箱温度相同?

任何帮助是极大的赞赏。

4个回答

我决定做一些需要更多处理能力的事情。在这种情况下,我的计算机将消耗更多电流以增加功率。

反过来说:计算机会做更多的事情,因此会消耗更多的电量。

我的计算机会打开更多的并联电路,从而降低总电阻吗?

这大致是真的。除了计算机不是真的在连续电流下运行之外,它们在内部时钟驱动下以突发方式运行。每个动作都涉及吸收一些电流以打开晶体管,或吸收一些电流以再次将其关闭。十亿次晶体管,每秒十亿次。更多的计算涉及更多的晶体管。

在高层次上,是的,你是对的,当计算机消耗更多电流时,它会打开更多的晶体管或至少切换更多的晶体管。例如,如果您有一个硬件乘法器并且通常不使用它,则乘法器中的晶体管将不会打开,因此不会消耗太多电流。如果代码现在请求乘法,则其中的晶体管开始切换,这将降低 VDD 和地之间的电阻。这将消耗更多电流。电流消耗会降低 VDD 电压。现在,开关稳压器将检测到此电压下降并以更高的占空比启动,以实现高电流能力和近似恒定的电压。

从广义上讲,电路通过降低电阻来要求更多电流,因为大多数电路都使用恒定电压源工作。

现代计算机使用逻辑门,这些逻辑门设计为在稳定状态下使用很少的功率,但需要大量功率才能将它们从一种状态切换到另一种状态。

如果计算机处于空闲状态,处理器将在大部分时间处于睡眠状态。大多数电路将什么都不做,因此消耗的功率很小。其他组件也是如此,例如显卡的 GPU。

如果你然后给它做点什么,那么它会突然执行更多的工作。闸门更频繁地打开和关闭,因此它们需要更多的电力。

此外,许多计算机,尤其是膝上型计算机,被设计为在不使用计算机时将其整个部分断电。例如,笔记本电脑中的网络摄像头将关闭,直到您打开使用它的应用程序。

芯片级的功耗有多种机制。

当电路切换时,所有晶体管和互连(在芯片内部和外部)中都有内部寄生电容。当电路节点从关闭切换到开启(或从开启到关闭)时,这些电容器必须充电和放电。电容器很小,但当你有数十亿个电容器每秒切换数十亿次时,它就会加起来。(这个功率实际上是由电路元件电阻耗散的,包括寄生电容中的寄生电阻)

所有电路元件也都有电阻,因此电路中任何地方的电流都会产生热量并消耗功率。当电路节点切换时,负载侧设备上的寄生电容必须更换或放电,这需要电流流动,而电流又会产生热量并消耗功率。

与这两种效应相关的功耗因内部节点切换操作的数量而异,这意味着功耗因处理器和其他元件的活动(和时钟速度)而异。

集成电路内部的晶体管和其他元件也有漏电流。这会产生基线(静态)功耗,当处理器处于非活动状态时仍会出现该功耗。许多现代低功耗系统在睡眠或非活动状态期间关闭处理器和其他芯片上的整个子系统的电源,以最大限度地减少这种静态功耗。

计算机中还有其他功耗机制(电源静态功耗等),但这些应该可以帮助您了解功耗变化的原因以及为什么没有工作时仍然有一些功耗。