필요할 때 장치 / 기기는 어떻게 더 많은 전류를 소비합니까?

데스크톱 컴퓨터가 있고 처리 능력이 더 필요한 작업을 수행하기로 결정했다고 가정 해 봅시다. 이 경우 내 컴퓨터는 더 많은 전류를 소비하여 전력을 증가시킵니다. 이 전류 증가는 어떻게 수행됩니까? 컴퓨터가 더 많은 병렬 회로를 열어 총 저항이 감소합니까? 또는 전자 전위차계 나 다른 장치가 있습니까? 데스크탑 컴퓨터에 사용 된 기술이 오븐 온도를 변경하는 것과 같은 것입니까?

도움을 주시면 감사하겠습니다.

처리 능력이 더 필요한 작업을하기로 결정했습니다. 이 경우 내 컴퓨터는 더 많은 전류를 소비하여 전력을 증가시킵니다.

다른 방법으로 : 컴퓨터가 더 많은 일을하고 결과적으로 더 많은 전력을 소비합니다.

컴퓨터가 더 많은 병렬 회로를 열어 총 저항이 감소합니까?

이것은 대략 사실입니다. 컴퓨터가 실제로 연속적인 전류 흐름 으로 작동하지 않는 한, 내부 시계에 의해 버스트 작동합니다. 각 동작에는 트랜지스터를 켜기 위해 약간의 전류를 끌어들이거나 다시 끄려면 약간의 전류를 가라 앉히십시오. 초당 10 억 번 트랜지스터를 계산합니다. 더 많은 계산에는 더 많은 트랜지스터가 필요합니다.

컴퓨터가 더 많은 전류를 소비 할 때 더 많은 트랜지스터를 열거 나 적어도 더 많은 트랜지스터를 전환하는 것이 맞습니다. 예를 들어, 하드웨어 멀티 플라이어가 있고 일반적으로 사용하지 않으면 멀티 플라이어의 트랜지스터가 켜지지 않으므로 전류가 많이 들지 않습니다. 코드가 곱셈을 요구하면, 트랜지스터가 스위칭을 시작하고 VDD와 접지 사이의 저항이 낮아집니다. 이것은 더 많은 전류를 끌어들입니다. 전류 소모는 VDD 전압을 낮 춥니 다. 이제 스위칭 전압 조정기는이 전압 강하를 감지하고 더 높은 듀티 사이클에서 작동하여 높은 전류 용량과 대략 일정한 전압을 허용합니다.

넓은 레벨에서 회로는 대부분의 회로가 일정한 전압 소스로 작동하기 때문에 저항을 낮추어 더 많은 전류를 요구합니다.

최신 컴퓨터는 안정적인 상태 일 때 전력을 거의 사용하지 않도록 설계된 논리 게이트를 사용하지만 한 상태에서 다른 상태로 전환하기 위해 전력이 많이 소비됩니다.

컴퓨터가 유휴 상태 인 경우 프로세서는 많은 시간 동안 절전 상태에있게됩니다. 대부분의 회로는 아무것도하지 않으므로 전력을 거의 소비하지 않습니다. 그래픽 카드의 GPU와 같은 다른 구성 요소도 마찬가지입니다.

그런 다음 할 일을 주면 갑자기 더 많은 작업을 수행하고 있습니다. 게이트가 더 자주 켜지고 꺼 지므로 더 많은 전력을 소비합니다.

또한 많은 컴퓨터, 특히 랩톱은 사용하지 않는 경우 컴퓨터의 전체 섹션을 끄도록 설계되었습니다. 예를 들어 랩톱의 웹캠은 사용하는 응용 프로그램을 열 때까지 전원이 꺼집니다.

칩 레벨에서 전력 소비를위한 몇 가지 메커니즘이 있습니다.

회로가 전환되면 모든 트랜지스터와 상호 연결부 (칩 내부 및 외부)에 내부 기생 커패시터가 있습니다. 이 커패시터는 회로 노드가 꺼짐에서 켜짐으로 (또는 켜짐에서 꺼짐) 전환 될 때 충전 및 방전되어야합니다. 커패시터는 작지만 초당 수십억 번 전환하면 수십억 개가 증가합니다. (이 전력은 실제로 기생 커패시터의 기생 저항을 포함하여 회로 요소 저항에 의해 소비됩니다)

모든 회로 요소에는 저항이 있으므로 회로의 어느 곳에서나 전류가 흐르면서 열이 발생하고 전력을 소비합니다. 회로 노드가 전환됨에 따라 부하측 장치의 기생 커패시터를 변경하거나 방전해야하므로 전류 흐름이 필요하므로 열을 생성하고 전력을 소비합니다.

이 두 가지 효과와 관련된 전력 소비는 내부 노드 전환 작업의 수에 따라 달라집니다. 즉, 전력 소비는 프로세서 및 기타 요소의 활동 (및 클럭 속도)에 따라 달라집니다.

집적 회로 내부의 트랜지스터 및 기타 구성 요소에도 누설 전류가 있습니다. 이렇게하면 프로세서가 비활성 상태 일 때 여전히 발생하는 기준 (정적) 전력 소비가 발생합니다. 많은 최신 저전력 시스템은 이러한 정적 전력 소비를 최소화하기 위해 절전 또는 비활성 상태에서 프로세서 및 기타 칩의 전체 하위 시스템에 대한 전원을 끕니다.

컴퓨터에는 다른 전력 소비 메커니즘 (전원 공급 장치 대기 전력 등)이 있지만 전력 소비가 변하는 이유와 작업이 완료되지 않은 경우 여전히 전력 소비가 발생하는 이유를 이해하는 데 도움이됩니다.

컴퓨터의 다른 IC는 각각 다른 전류 소모를 갖습니다. 다음은 Arduino Uno 및 기타 유사한 보드에 사용되는 간단한 8 비트 16MHz 마이크로 컨트롤러 인 Atmega328P의 일부 데이터입니다.

컴퓨터의 다른 IC는 각각 다른 전류 소모를 갖습니다. 다음은 Arduino Uno 및 기타 유사한 보드에 사용되는 간단한 8 비트 16MHz 마이크로 컨트롤러 인 Atmega328P의 일부 데이터입니다.

예 : VCC = 2.0V 및 F = 1MHz에서 TIMER1, ADC 및 SPI를 활성화하여 유휴 모드에서 예상 전류 소비량을 계산하십시오. 이전 섹션의 세 번째 열에있는 활성 및 유휴 모드의 표 추가 전류 소비 (백분율)에서 TIMER1의 경우 14.5 %, ADC의 경우 22.1 %, SPI 모듈의 경우 15.7 %를 추가해야합니다. 그림 Idle Supply Current vs. Low Frequency (0.1-1.0MHz)를 보면, 유휴 전류 소비는 VCC = 2.0V 및 F = 1MHz에서 ~ 0.045mA임을 알 수 있습니다. TIMER1, ADC 및 SPI가 활성화 된 유휴 모드에서의 총 전류 소비량 : ICCtotal ≃ 0.045 mA⋅ (1 + 0.145 + 0.221 + 0.157) ≃ 0.069 mA

데이터 시트를 열어 다양한 테이블을 볼 수 있습니다.

3.2GHz (200 배 더 빠름) 및 아마도 1.8V 코어 로직 전압 (및 멀티 스레딩을위한 4 또는 8 코어), 3.3V IO 전압에서 실행되는 컴퓨터의 경우 메모리 및 비디오 칩과 대화하고 하드 드라이브 컨트롤러 및 USB 컨트롤러와 이더넷 또는 무선 컨트롤러의 경우 계산은 비슷하며 각 칩에는 총계에 자체 금액이 추가됩니다. 컴퓨터 프로세서에 냉각 팬이있어 통풍이 잘되는 방열판이 왜 큰지 알 수 있습니다.

일어나고있는 일은 컴퓨터가 전원 입력을 늘리지 않고 컴퓨터가 더 많은 전원을 소비한다는 것입니다. 컴퓨터의 각 부분에는 스위치처럼 작동하는 작은 트랜지스터가 있습니다. 그것들을 열어 두거나 상태를 바꾸려면 약간의 힘이 필요합니다.

더 좋거나 더 복잡한 구성 요소를 추가 할 때 이러한 트랜지스터를 전환하는 데 필요한 에너지가 더 많기 때문에 커집니다. 물론 트랜지스터의 크기, 누설 등과 같은 더 많은 요소가 있지만 가장 기본적인 수준에서 발생합니다.

일반적으로 전원 공급 장치에 의해 결정되는 전력 공급량에 제한이 있습니다. 비유로 이것을 상상해보십시오 : 당신이 자전거를 타면 일정량의 에너지를 넣어야합니다. 이제 더 나은 바퀴가 달린 새로운 자전거가 생겨나지 만 더 많은 힘이 필요합니다. 더 많은 힘을 요구하는 것은 바퀴가 아닙니다. 단지 움직이고 계속 나아가 야한다는 것입니다. 물론 에너지가 너무 많이 나오기 전에 얼마나 많은 에너지를 넣을 수 있는지에 대한 제한도 있습니다. 계속 가면 근육통이 생깁니다.

컴퓨터에서 너무 많은 전력을 소비하면 주변에 너무 많은 에너지를 소비하는 자전거를 계속 사용할 수없는 것처럼 불안정 해집니다. 간단히 말해서, 얼마나 많은 전력을 소비해야하는지 결정하는 것은 컴퓨터가 아니며,이 전력을 전원 공급 장치에서 빼내고 가능한 많은 것을 제공하는 구성 요소입니다.

설명하기 위해 그림 (배선도, 회로도)을 그려 봅시다

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

부하 전류가 증가함에 따라 전력선 전압은 99.999V에서 99.998V로 변경됩니다.

전력선의 저항이 매우 낮기 때문에 거의 일정한 전력선 전압이 발생합니다.