Algo que siempre me he preguntado. Si conecto constantemente teléfonos móviles, discos duros y similares a través de USB a mi ordenador, ¿consumirá más la factura de la luz? ¿O los puertos USB consumen electricidad con solo estar habilitados de todos modos, por lo que no afectan el uso de energía?
Respuesta1
Respuesta corta:
¿Una computadora consume más electricidad al cargar dispositivos USB?
GeneralmenteSí, pero no necesariamente tanto como cabría esperar; no lo serápoder libre, pero podría obtenerse de manera más eficiente. Realmente depende de la curva de eficiencia de la fuente de alimentación en particular y del punto en el que la esté operando (y del consumo de energía).esafectado por el software):
- Si la fuente de alimentación de su computadora tiene poca carga (por ejemplo, estado inactivo), agregar más carga aumentará ligeramente la eficiencia energética de todo el sistema.
- Si la fuente de alimentación de su computadora está cargada correctamente, estará cerca de su máxima eficiencia y generalmente es mucho mejor que un cargador de pared USB.
- Si la fuente de alimentación de su computadora ya está sobrecargada (lo que nunca debería suceder), tiene problemas más urgentes que la eficiencia energética del USB.
Respuesta larga:
Un puerto USB puede generar máximos de500mA( USB1&2) y950mA( USB3) en5Vque da máximos de2,5W( USB1&2) y4,75W( USB3).
Los puertos USB no consumen energíapor ellos mismos. Sin nada enchufado, son solo circuitos abiertos.
Ahora, si obtienes1A(5W) salida de un puerto USB3,Por lo general, aumentará el consumo global de energía.en ~6W (dependiendo de la eficiencia de su fuente de alimentación), lo que supondría un aumento del 2% al 5% del consumo de energía de su computadora.
Pero, en algunos casos, puede ser diferente.
Si echas un vistazo a algunosfuente de alimentacióncurva de eficiencia (deanandtech) :
Verás que la eficiencia no es un valor constante, varía mucho dependiendo de la carga aplicada a la fuente de alimentación. Verás en eso900WPSU que a baja potencia (50Wa200W), la curva es tan pronunciada que un aumento de la carga supondrá un aumento sustancial de la eficiencia.
Si el aumento de la eficiencia es lo suficientemente alto, significaría queEn algunos casos, es posible que su computadora no necesite extraer un extra.5Wdesde el enchufe de paredcuando estas dibujando un extra5Wdesde un puerto USB.
Tomemos un ejemplo de un dibujo por computadora.200Wen una fuente de alimentación con una eficiencia real de80%en200W:
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
Ahora, dependiendo de la curva de eficiencia de la fuente de alimentación entre200Wy205W, el consumo de energía relativo del dispositivo USB puede ser completamente diferente:
<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
esto es lo habitualsimplificadocaso, donde la eficiencia es la misma, por lo tanto, el consumo de energía del dispositivo USB es equivalente a5W / 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
En este caso, la eficiencia de la fuente de alimentación aumenta entre200Wy205W, por lo tanto, no puede deducir el consumo de energía relativo del dispositivo USB sin tener en cuenta el consumo de energía total de la computadora, y verá que el aumento relativo en el enchufe de pared puede ser menor que5W.
Este comportamiento sólo ocurre porque, en ese caso, la fuente de alimentación está subcargada, por lo que no es elhabitualcaso, pero sigue siendo una posibilidad práctica.
<Case 3>
PSU efficiency at 205W : 82%
Wall power consumption with USB : 205W / 82% = 250,00W
Wall power consumption of the USB device : 0W
En este caso, la fuente de alimentación consume la misma energía de la toma de pared, sea cual sea la carga que reciba. Este es el comportamiento de unregulador zenerdonde toda la energía innecesaria se disipa en calor. Es un comportamiento que se puede observar en algún tipo de fuente de alimentación de gama baja con una carga muy pequeña.
<Case 4>
PSU efficiency at 205W : 84%
Wall power consumption with USB : 205W / 84% = 244,00W
Wall power consumption of the USB device : -6W
Este último caso, es puramentehipotéticocaso en el que la fuente de alimentación en realidad consumiría menos energía con una carga más alta. Como@marcks thomasDicho esto, esto no es algo que se pueda observar desde una fuente de alimentación práctica, pero aún así esteóricamenteposible y demuestra que lo instintivoTANSTAAFLLa regla no siempre se puede aplicar tan fácilmente.
Conclusión:
Si necesitas cargar muchos dispositivos de 5V, es mejor hacerlo desde unya corriendocomputadora que con varios cargadores de pared. No será gratis pero será más eficiente.
También tenga en cuenta que es posible que necesite puertos USB con 1Acapacidad (por ejemplo, USB3) para obtener la misma velocidad de carga.
Respuesta2
TANSTAAFLtambién se aplica aquí.
No se obtiene poder a cambio de nada. De lo contrario, podríamos usar los puertos USB para alimentar otra computadora y usar la otra computadora para alimentar la primera. Es una idea divertida, pero no funciona.
Sin embargo, la energía para cargar es bastante pequeña. USB1 o 2 utilizan de 100 a 500 mA a 5 voltios. Esto equivale a un máximo de 2½ vatios. En comparación con el consumo de energía inactivo normal de una PC, este es bastante pequeño. (Normal: 50 vatios para una PC de oficina a 150 vatios inactivos para una PC de gama alta. Y aproximadamente el triple cuando se juega, se compila, etc., etc.).
Respuesta3
Sí. Es una regla básica de la física; Si algo le está quitando energía a su computadora, su computadora debe obtener esa energía de algún lugar. Los puertos USB no consumen energía simplemente con estar habilitados*, como tampoco una toma de corriente consumiría energía simplemente con tener el interruptor "encendido" sin nada enchufado.
* Muy bien, hay una cantidad mínima de energía consumida por el chip controlador USB que monitorea para ver si hay algo enchufado, pero esa es una pequeña cantidad de energía.
Respuesta4
Respuesta corta:
SÍ; tu lo harássiemprepague por la alimentación USB con al menos mucha más energía de la pared. Esto no sólo lo exigen las leyes de la termodinámica, sino que también es inherente a la forma en que funcionan las fuentes de alimentación.
Respuesta más larga:
Tomaremos todo el sistema de la computadora, su fuente de alimentación interna, sus circuitos operativos y los circuitos del puerto USB como una gran caja negra llamada Suministro. A los efectos de esta ilustración, toda la computadora es un cargador USB de gran tamaño, con dos salidas: la potencia operativa de la computadora, que llamaremosOrdenador personaly la alimentación USB de salida, a la que llamaremosPU.
Convertir energía de una forma (voltaje, corriente, frecuencia) a otra y conducir energía de una parte de un circuito a otra son procesos físicos que no son perfectos. Incluso en un mundo ideal, con superconductores y componentes aún por inventar, el circuito no puede ser mejor que perfecto. (La importancia de este sutil mensaje resultará ser la clave de esta respuesta). Si quieres 1W de un circuito,debeponga al menos 1W, y en todos los casos prácticos un poco más de 1W. Esoun poco máses la potencia perdida en la conversión y se llamapérdida. Llamaremos a la pérdida de poder.Pl., y está directamente relacionado con la cantidad de energía entregada por el suministro. La pérdida casi siempre es evidente en forma de calor y es por eso que los circuitos electrónicos que transportan grandes niveles de potencia deben ventilarse.
Existe alguna función matemática (una ecuación) que describe cómo varía la pérdida con la potencia de salida. Esta función involucrará el cuadrado del voltaje o corriente de salida donde se pierde energía en la resistencia, una frecuencia multiplicada por el voltaje o corriente de salida donde se pierde energía en la conmutación. Pero no necesitamos insistir en eso, podemos agrupar todos esos detalles irrelevantes en un símbolo, al que llamaremosf(Po), dóndeCorreoses la potencia de salida total y se utiliza para relacionar la potencia de salida con la pérdida mediante la ecuaciónPl = f(Pc+Pu).
Una fuente de alimentación es un circuito que requiere energía para funcionar, incluso si no proporciona ninguna potencia de salida. Los ingenieros electrónicos llaman a esto elinactivopoder, y nos referiremos a él comopq. La potencia en reposo es constante y no se ve afectada en absoluto por la intensidad con la que trabaja la fuente de alimentación para entregar la potencia de salida. En este ejemplo, donde la computadora realiza otras funciones además de alimentar el cargador USB, incluimos la potencia operativa de las otras funciones de la computadora enpq.
Toda esta energía proviene del tomacorriente de pared, y llamaremos a la energía de entrada,pw, (Pise parece confusamente aPl., así que cambié apwpara toma de pared).
Ahora estamos listos para juntar lo anterior y obtener una descripción de cómo se relacionan estas contribuciones de poder. Bueno, en primer lugar, sabemos que cada microvatio de potencia producida o perdida proviene de la pared. Entonces:
Pw = Pq + Pl + Pc + Pu
Y sabemos quePl = f(Pc+Pu), entonces:
Pw = Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu
Ahora podemos probar la hipótesis de quetomar energía de la salida USB aumenta la energía de la pared en menos que la energía USB. Podemos formalizar esta hipótesis, ver adónde conduce y ver si predice algo absurdo (en cuyo caso la hipótesis es falsa) o predice algo realista (en cuyo caso la hipótesis sigue siendo plausible).
Podemos escribir la hipótesis primero como:
(Alimentación de paredconCarga USB) - (Alimentación de paredsinCarga USB) < (alimentación USB)
y matemáticamente como:
[ Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu ] - [ Pq + f(Pc) + Pc ] < Pu
Ahora podemos simplificar esto eliminando los mismos términos en ambos lados del signo menos y quitando los corchetes:
f(Pc+Pu) + Pu - f(Pc) < Pu
luego restandoPUde ambos lados de la desigualdad (< signo):
f(Pc+Pu) - f(Pc) < 0
Aquí está nuestro absurdo. Lo que este resultado significa en español simple es:
La pérdida adicional que implica tomar más energía del suministro es negativa.
Esto significa resistencias negativas, voltajes negativos que caen a través de uniones de semiconductores o energía que aparece mágicamente desde los núcleos de los inductores. Todo esto son tonterías, cuentos de hadas, ilusiones de máquinas de movimiento perpetuo, y es absolutamente imposible.
Conclusión:
No es físicamente posible, teóricamente o de otra manera, obtener energía del puerto USB de una computadora, con menos de la misma cantidad de energía adicional proveniente del tomacorriente de pared.
¿Qué se perdió @zakinster?
Con el mayor respeto hacia @zakinster, ha entendido mal la naturaleza de la eficiencia. La eficiencia es unconsecuenciade la relación entre potencia de entrada, pérdida y potencia de salida, ynouna cantidad física para la cual la potencia de entrada, la pérdida y la potencia de salida son consecuencias.
Para ilustrar, tomemos el caso de una fuente de alimentación con una potencia de salida máxima de 900W, las pérdidas están dadas porPl = APo² + BPo donde A = 10^-4 y B = 10^-2, y Pq = 30W. Modelando la eficiencia (po/pi) de dicha fuente de alimentación en Excel y graficarla en una escala similar a la curva de Anand Tech, da:
Este modelo tiene una curva inicial muy pronunciada, como la oferta de Anand Tech, pero está modelado completamente de acuerdo con el análisis anterior, lo que hace que el poder libre sea absurdo.
Tomemos este modelo y veamos los ejemplos que @zakinster da en el Caso 2 y el Caso 3. Si cambiamospqa 50W, y realizar el suministroperfecto, sin pérdida, entonces podemos obtener una eficiencia del 80% con una carga de 200W. Pero incluso en esta situación perfecta, lo mejor que podemos conseguir con 205W es un 80,39% de eficiencia. Para alcanzar el 80,5% que sugiere @zakinster es una posibilidad práctica, se requiere una función de pérdida negativa, lo cual es imposible. Y lograr una eficiencia del 82% es aún más imposible.
Para obtener un resumen, consulteRespuesta cortaarriba.