Das habe ich mich schon immer gefragt. Wenn ich ständig Handys, Festplatten und Ähnliches über USB an meinen Computer anschließe, verursacht das dann mehr Stromkosten? Oder verbrauchen die USB-Anschlüsse Strom, indem sie einfach aktiviert sind, und haben somit keinen Einfluss auf den Stromverbrauch?
Antwort1
Kurze Antwort:
Verbraucht ein Computer beim Laden von USB-Geräten mehr Strom?
AllgemeinJa, aber nicht unbedingt so viel, wie Sie erwarten würden; es wird nicht seinfreie Kraft, aber es könnte effizienter erreicht werden. Es hängt wirklich von der Effizienzkurve des jeweiligen Netzteils ab und davon, an welchem Punkt Sie es betreiben (und vom StromverbrauchIstvon der Software beeinflusst):
- Wenn die Stromversorgung Ihres Computers unterbelastet ist (z. B. im Leerlauf), können Sie durch Hinzufügen einer höheren Last die Energieeffizienz des gesamten Systems leicht steigern.
- Wenn das Netzteil Ihres Computers richtig geladen ist, erreicht es nahezu seine maximale Effizienz und ist im Allgemeinen viel besser als ein USB-Wandladegerät.
- Wenn das Netzteil Ihres Computers bereits überlastet ist (was nie passieren sollte), haben Sie dringlichere Probleme als die USB-Energieeffizienz.
Lange Antwort:
Ein USB-Anschluss kann maximal500 mA( USB1&2) Und950 mA( USB3) bei5 VDas ergibt Höchstwerte von2,5 W( USB1&2) Und4,75 W( USB3).
USB-Anschlüsse verbrauchen keinen Stromselbst. Wenn nichts angeschlossen ist, handelt es sich lediglich um offene Stromkreise.
Wenn Sie nun1A(5 W) über einen USB3-Anschluss,es wird in der Regel den globalen Stromverbrauch erhöhenum ~6 W (abhängig von der Effizienz Ihres Netzteils), was einer Erhöhung des Stromverbrauchs Ihres Computers um 2 bis 5 % entspricht.
In manchen Fällen kann es jedoch anders sein.
Wenn Sie einen Blick auf einigeNetzteilWirkungsgradkurve (vonAnandTech) :
Sie werden sehen, dass die Effizienz kein konstanter Wert ist, sondern stark von der Belastung des Netzteils abhängt. Sie werden sehen,900 WNetzteil, das bei geringer Leistung (50 WZu200 W) ist die Kurve so steil, dass eine Erhöhung der Last eine deutliche Steigerung der Effizienz mit sich bringt.
Wenn die Effizienzsteigerung hoch genug ist, bedeutet dies, dassIn manchen Fällen muss Ihr Computer nicht unbedingt eine zusätzliche5 Waus der Steckdosewenn Sie ein Extra ziehen5 Wvon einem USB-Anschluss.
Nehmen wir ein Beispiel einer Computerzeichnung200 Wauf einem Netzteil mit einer tatsächlichen Effizienz von80 %bei200 W:
Computer power consumption : 200W
USB device power consumption : 5W
PSU efficiency at 200W : 80.0%
Wall power consumption without USB : 200W / 80,0% = 250.00W
Abhängig von der Effizienzkurve des Netzteils zwischen200 WUnd205 W, der relative Stromverbrauch des USB-Gerätes kann völlig anders sein:
<Case 1>
PSU efficiency at 205W : 80.0%
Wall power consumption with USB : 205W / 80.0% = 256,25W
Wall power consumption of the USB device : 6.25W
Das ist das üblichevereinfachtFall, bei dem die Effizienz gleich ist, entspricht der Stromverbrauch des USB-Geräts5W / 80.0% = 6.25W
<Case 2>
PSU efficiency at 205W : 80,5%
Wall power consumption with USB : 205W / 80,5% = 254,66W
Wall power consumption of the USB device : 4.66W
In diesem Fall steigt die Effizienz des Netzteils zwischen200 WUnd205 W, daher können Sie den relativen Stromverbrauch des USB-Geräts nicht ableiten, ohne den gesamten Stromverbrauch des Computers zu berücksichtigen, und Sie werden sehen, dass der relative Anstieg an der Wandsteckdose tatsächlich geringer sein kann als5 W.
Dieses Verhalten tritt nur auf, weil in diesem Fall das Netzteil unterbelastet ist. Es liegt also nicht anüblichFall, aber es ist immer noch eine praktische Möglichkeit.
<Case 3>
PSU efficiency at 205W : 82%
Wall power consumption with USB : 205W / 82% = 250,00W
Wall power consumption of the USB device : 0W
In diesem Fall bezieht das Netzteil unabhängig von der Last immer die gleiche Leistung aus der Steckdose. Dies ist das Verhalten einesZenerreglerwo alle unnötige Energie in Wärme umgewandelt wird. Dieses Verhalten kann man bei einigen Low-End-Netzteilen bei sehr geringer Belastung beobachten.
<Case 4>
PSU efficiency at 205W : 84%
Wall power consumption with USB : 205W / 84% = 244,00W
Wall power consumption of the USB device : -6W
Dieser letzte Fall ist ein reinhypothetischFall, in dem das Netzteil bei höherer Belastung tatsächlich weniger Strom verbrauchen würde.@Marcks ThomasDas ist zwar nichts, was man bei einem praktischen Netzteil beobachten kann, aber es ist trotzdemtheoretischmöglich und beweist, dass die instinktiveTANSTAAFLRegel lässt sich nicht immer so einfach anwenden.
Abschluss:
Wenn Sie viele 5V-Geräte aufladen müssen, ist es besser, dies über eineläuft bereitsComputer als von mehreren Wandladegeräten. Es wird zwar nicht kostenlos sein, aber es wird effizienter sein.
1ABeachten Sie auch, dass Sie möglicherweise USB-Anschlüsse mit dieser Fähigkeit (z. B. ) benötigen, USB3um die gleiche Ladegeschwindigkeit zu erreichen.
Antwort2
TANSTAAFLgilt auch hier.
Strom gibt es nicht umsonst. Andernfalls könnten wir einfach die USB-Anschlüsse verwenden, um einen anderen Computer mit Strom zu versorgen, und den anderen Computer verwenden, um den ersten mit Strom zu versorgen. Das ist eine nette Idee, funktioniert aber nicht.
Die Energie zum Laden ist allerdings eher gering. USB1 oder 2 verbrauchen 100 bis 500 mAmp bei 5 Volt. Das sind maximal 2½ Watt. Verglichen mit dem normalen Stromverbrauch eines PCs im Leerlauf ist das eher gering. (Normal: 50 Watt bei einem Büro-PC bis 150 Watt im Leerlauf bei einem High-End-PC. Und ungefähr das Dreifache beim Spielen, Kompilieren usw. usw.).
Antwort3
Ja. Es ist eine grundlegende physikalische Regel: Wenn etwas Ihrem Computer Strom entzieht, muss Ihr Computer diesen Strom irgendwoher beziehen. USB-Anschlüsse verbrauchen nicht einfach dadurch Strom, dass sie aktiviert sind*, genauso wenig wie eine Steckdose Strom verbraucht, wenn sie einfach eingeschaltet ist, ohne dass etwas eingesteckt ist.
* Gut, es wird eine minimale Menge Strom vom USB-Controller-Chip verbraucht, der überwacht, ob etwas eingesteckt ist, aber das ist eine winzige Menge Strom.
Antwort4
Kurze Antwort:
JA, du wirststetsBezahlen Sie den USB-Strom mit mindestens so viel mehr Strom aus der Steckdose. Dies ist nicht nur durch die Gesetze der Thermodynamik erforderlich, sondern liegt auch in der Funktionsweise von Stromversorgungen begründet.
Längere Antwort:
Wir betrachten das gesamte System des Computers, seine interne Stromversorgung, seine Betriebsschaltkreise und die USB-Anschlussschaltung als eine große, schwarze Box, die wir als Versorgung bezeichnen. Für die Zwecke dieser Illustration ist der gesamte Computer ein überdimensioniertes USB-Ladegerät mit zwei Ausgängen: der Computer-Betriebsstrom, den wirPCund der USB-Ausgangsstrom, den wirPu.
Die Umwandlung von Energie von einer Form (Spannung, Strom, Frequenz) in eine andere und die Leitung von Energie von einem Teil eines Stromkreises zu einem anderen sind alles physikalische Prozesse, die nicht perfekt sind. Selbst in einer idealen Welt mit Supraleitern und noch zu erfindenden Komponenten kann der Stromkreis nicht besser als perfekt sein. (Die Bedeutung dieser subtilen Botschaft wird sich als der Schlüssel zu dieser Antwort herausstellen.) Wenn Sie 1 W aus einem Stromkreis herausholen möchten, müssen Siemussmindestens 1W und in allen praktischen Fällen etwas mehr als 1W einbringen. Dasbisschen mehrist die bei der Umwandlung verlorene Leistung und heißtVerlustWir nennen die VerlustleistungPl, und sie steht in direktem Zusammenhang mit der von der Versorgung gelieferten Strommenge. Verluste machen sich fast immer als Wärme bemerkbar, und deshalb müssen elektronische Schaltkreise, die große Strommengen übertragen, belüftet werden.
Es gibt eine mathematische Funktion (eine Gleichung), die beschreibt, wie der Verlust mit der Ausgangsleistung variiert. Diese Funktion umfasst das Quadrat der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms, bei dem Leistung durch Widerstand verloren geht, eine Frequenz multipliziert mit der Ausgangsspannung oder dem Ausgangsstrom, bei der Leistung durch Schalten verloren geht. Aber wir müssen uns nicht damit aufhalten, wir können all diese irrelevanten Details in einem Symbol zusammenfassen, das wir nennen werdenf(Po), WoPoist die gesamte Ausgangsleistung und wird verwendet, um die Ausgangsleistung mit dem Verlust nach der Gleichung in Beziehung zu setzenPl = f(Pc+Pu).
Ein Netzteil ist ein Schaltkreis, der Strom benötigt, um zu funktionieren, auch wenn er überhaupt keine Ausgangsleistung liefert. Elektronikingenieure nennen dies dasruhigMacht, und wir nennen esPq. Die Ruheleistung ist konstant und wird absolut nicht davon beeinflusst, wie stark das Netzteil arbeitet, um die Ausgangsleistung zu liefern. In diesem Beispiel, in dem der Computer neben der Stromversorgung des USB-Ladegeräts noch andere Funktionen ausführt, schließen wir die Betriebsleistung der anderen Computerfunktionen inPq.
Die gesamte Leistung kommt aus der Steckdose und wir nennen sie Eingangsleistung.Pw, (Pisieht zum Verwechseln aus wiePl, also wechselte ich zuPwfür Netzstrom).
Nun sind wir bereit, das oben Gesagte zusammenzufassen und eine Beschreibung zu erhalten, wie diese Leistungsbeiträge zusammenhängen. Zunächst einmal wissen wir, dass jedes Mikrowatt Leistungsabgabe bzw. jeder Leistungsverlust von der Steckdose kommt. Also:
Pw = Pq + Pl + Pc + Pu
Und wir wissen, dassPl = f(Pc+Pu), Also:
Pw = Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu
Nun können wir die Hypothese testen, dassDie Stromentnahme über den USB-Ausgang erhöht den Netzstrom weniger stark als die USB-Stromversorgung.Wir können diese Hypothese formalisieren, sehen, wohin sie führt und ob sie etwas Absurdes vorhersagt (in diesem Fall ist die Hypothese falsch) oder etwas Realistisches vorhersagt (in diesem Fall bleibt die Hypothese plausibel).
Wir können die Hypothese zunächst wie folgt formulieren:
(NetzteilmitUSB-Last) - (NetzteilohneUSB-Last) < (USB-Stromversorgung)
und mathematisch als:
[ Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu ] – [ Pq + f(Pc) + Pc ] < Pu
Nun können wir dies vereinfachen, indem wir die gleichen Terme auf beiden Seiten des Minuszeichens eliminieren und die Klammern entfernen:
f(Pc+Pu) + Pu - f(Pc) < Pu
dann durch SubtrahierenPuvon beiden Seiten der Ungleichung (<-Zeichen):
f(Pc+Pu) - f(Pc) < 0
Hier liegt unsere Absurdität. Was dieses Ergebnis im Klartext bedeutet, ist:
Der zusätzliche Verlust, der durch die Entnahme von mehr Strom aus der Versorgung entsteht, ist negativ
Dies bedeutet negative Widerstände, negative Spannungen, die über Halbleiterübergänge abfallen, oder Energie, die wie durch Zauberhand aus den Kernen von Induktoren kommt. All das ist Unsinn, Märchen, Wunschdenken von Perpetuum mobile und absolut unmöglich.
Abschluss:
Es ist physikalisch, theoretisch oder anderweitig nicht möglich, Strom aus dem USB-Anschluss eines Computers zu beziehen, wenn aus der Wandsteckdose weniger als die gleiche Menge zusätzlichen Stroms kommt.
Was hat @zakinster verpasst?
Bei allem Respekt für @zakinster, er hat die Natur der Effizienz missverstanden. Effizienz ist eineFolgedes Zusammenhangs zwischen Eingangsleistung, Verlust und Ausgangsleistung undnichteine physikalische Größe, für die sich Eingangsleistung, Verlust und Ausgangsleistung ergeben.
Zur Veranschaulichung betrachten wir den Fall eines Netzteils mit einer maximalen Ausgangsleistung von 900 W, Verluste gegeben durchPl = APo² + BPo wobei A = 10^-4 und B = 10^-2 und Pq = 30W. Modellierung der Effizienz (Po/Pi) eines solchen Netzteils in Excel und die grafische Darstellung in einer Skala ähnlich der Anand Tech-Kurve ergibt:
Dieses Modell weist, wie das Angebot von Anand Tech, eine sehr steile Anfangskurve auf, ist jedoch vollständig nach der obigen Analyse modelliert, was die Theorie der freien Energie absurd macht.
Nehmen wir dieses Modell und schauen uns die Beispiele an, die @zakinster in Fall 2 und Fall 3 gibt. Wenn wir ändernPqauf 50W und stellen Sie die Versorgungperfekt, mit null Verlust, dann können wir bei 200 W Last eine Effizienz von 80 % erreichen. Aber selbst in dieser perfekten Situation ist das Beste, was wir bei 205 W erreichen können, eine Effizienz von 80,39 %. Um die 80,5 % zu erreichen, die @zakinster als praktische Möglichkeit vorschlägt, ist eine negative Verlustfunktion erforderlich, was unmöglich ist. Und 82 % Effizienz zu erreichen, ist noch unmöglicher.
Eine Zusammenfassung finden Sie unterKurze Antwortüber.