내가 항상 궁금했던 것. 휴대폰, 하드 드라이브 등을 USB를 통해 컴퓨터에 계속 연결하면 전기 요금이 더 많이 나오나요? 아니면 USB 포트가 활성화되어도 전력을 소모하므로 전력 사용량에 영향을 미치지 않습니까?
답변1
짧은 답변:
USB 장치를 충전할 때 컴퓨터가 더 많은 전기를 사용합니까?
일반적으로예, 그러나 반드시 기대하는 만큼은 아닙니다. 그렇지 않을 것이다자유 전력하지만 더 효율적으로 얻을 수 있습니다.. 이는 실제로 특정 전원 공급 장치의 효율성 곡선과 이를 작동하는 지점(및 전력 소비)에 따라 달라집니다.~이다소프트웨어의 영향을 받음) :
- 컴퓨터 전원 공급 장치의 부하가 낮은 경우(예: 유휴 상태) 부하를 더 추가하면 전체 시스템의 전원 효율성이 약간 높아집니다.
- 컴퓨터 전원 공급 장치가 올바르게 로드되면 일반적으로 USB 벽면 충전기보다 훨씬 더 나은 최고 효율에 가까워집니다.
- 컴퓨터 전원 공급 장치가 이미 과부하된 경우(이런 일이 발생해서는 안 됨) USB 전원 효율성보다 더 시급한 문제가 있습니다.
긴 답변:
USB 포트는 최대 출력을 출력할 수 있습니다.500mA( USB1&2) 그리고950mA( USB3) 에5V이는 최대값을 제공합니다.2.5W( USB1&2) 그리고4.75W( USB3).
USB 포트는 전력을 소비하지 않습니다스스로. 아무 것도 연결하지 않으면 개방 회로일 뿐입니다.
이제, 당신이 얻으면1A(5W) USB3 포트 밖으로,일반적으로 전 세계 전력 소비가 증가합니다.~6W(전원 공급 장치 효율성에 따라 다름)까지 증가하며 이는 컴퓨터 전력 소비의 2%~5% 증가입니다.
그러나 어떤 경우에는 다를 수 있습니다.
일부를 살펴보면파워서플라이효율성 곡선(~아난드테크) :
효율성은 일정한 값이 아니라 PSU에 적용되는 부하에 따라 많이 달라지는 것을 알 수 있습니다. 그걸 보면 알겠지900W저전력의 PSU(50W에게200W), 곡선이 너무 가파르기 때문에 부하가 증가하면 효율성이 크게 증가합니다.
효율성 증가가 충분히 높다면,어떤 경우에는 컴퓨터가 실제로 추가 데이터를 그릴 필요가 없을 수도 있습니다.5W벽면 콘센트에서추가로 그릴 때5WUSB 포트에서.
컴퓨터 그림의 예를 들어보자200WPSU의 실제 효율성은 다음과 같습니다.80%~에200W:
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
이제 PSU의 효율성 곡선에 따라200W그리고205W, USB 장치의 상대적 전력 소비는 완전히 다를 수 있습니다.
<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
이것은 평소쉽게 한효율성이 동일한 경우 USB 장치의 전력 소비는5W / 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
이 경우 PSU 효율은 다음과 같이 증가합니다.200W그리고205W따라서 전체 컴퓨터 전력 소비를 고려하지 않고서는 USB 장치의 상대적 전력 소비를 추론할 수 없으며 벽면 소켓의 상대적 전력 소비 증가가 실제로는 다음보다 낮을 수 있음을 알 수 있습니다.5W.
이 동작은 PSU의 부하가 부족하기 때문에 발생합니다.보통의하지만 여전히 실용적인 가능성이 있습니다.
<Case 3>
PSU efficiency at 205W : 82%
Wall power consumption with USB : 205W / 82% = 250,00W
Wall power consumption of the USB device : 0W
이 경우 PSU는 수신하는 부하에 관계없이 벽면 소켓에서 동일한 전력을 끌어옵니다. 이것은 a의 행동이다제너 레귤레이터불필요한 모든 전력이 열로 소산되는 곳입니다. 이는 매우 작은 부하에서 일종의 저가형 PSU에서 관찰할 수 있는 동작입니다.
<Case 4>
PSU efficiency at 205W : 84%
Wall power consumption with USB : 205W / 84% = 244,00W
Wall power consumption of the USB device : -6W
마지막 사례는 순전히가상의PSU가 실제로 더 높은 부하에서 더 적은 전력을 소비하는 경우. 처럼@마크스 토마스이것은 실제 전원 공급 장치에서 관찰할 수 있는 것이 아니지만 여전히 그렇습니다.이론적으로가능하며 본능적이라는 것을 증명합니다.탄스타플규칙이 항상 그렇게 쉽게 적용될 수는 없습니다.
결론:
5V 장치를 많이 충전해야 하는 경우에는 충전기에서 충전하는 것이 좋습니다.이미 실행 중여러 벽면 충전기보다 컴퓨터. 무료는 아니지만 더 효율적일 것입니다.
또한 동일한 충전 속도를 얻으려면 1A기능(예: ) 이 있는 USB 포트가 필요할 수도 있습니다 .USB3
답변2
탄스타플여기에도 적용됩니다.
헛되이 힘을 얻지는 못합니다. 그렇지 않으면 USB 포트를 사용하여 다른 컴퓨터에 전원을 공급하고 다른 컴퓨터를 사용하여 첫 번째 컴퓨터에 전원을 공급할 수 있습니다. 재미있는 아이디어이지만 작동하지 않습니다.
하지만 충전 에너지는 다소 적습니다. USB1 또는 2는 5V에서 100~500mAmp를 사용합니다. 이는 최대 2½W입니다. PC의 일반적인 유휴 전력 소모와 비교하면 다소 작습니다. (보통: 사무용 PC의 경우 50와트, 고급 PC의 경우 유휴 상태인 경우 150와트. 게임, 컴파일 등의 경우 대략 3배).
답변3
예. 이는 물리학의 기본 규칙입니다. 무언가가 컴퓨터의 전원을 빼앗는 경우 컴퓨터는 어딘가에서 해당 전원을 공급받아야 합니다. USB 포트는 단지 활성화*만으로 전력을 소비하지 않습니다. 마치 전원 콘센트가 아무 것도 연결하지 않은 상태에서 스위치를 "켜는 것"만으로 전력을 소비하는 것과 마찬가지입니다.
* 좋습니다. USB 컨트롤러 칩 모니터링을 통해 무언가가 연결되어 있는지 확인하는 데 최소한의 전력이 소비되지만 이는 아주 적은 양의 전력입니다.
답변4
짧은 답변:
예; 당신은언제나최소한 벽에서 나오는 전력만큼 더 많은 전력으로 USB 전력 비용을 지불하세요.. 이는 열역학 법칙에 따라 요구될 뿐만 아니라 전원 공급 장치가 작동하는 방식에도 내재되어 있습니다.
더 긴 답변:
우리는 컴퓨터의 전체 시스템, 내부 전원 공급 장치, 작동 회로 및 USB 포트 회로를 공급 장치라고 하는 하나의 큰 블랙 박스로 간주합니다. 이 그림의 목적을 위해 전체 컴퓨터는 두 개의 출력을 갖춘 하나의 대형 USB 충전기입니다. 컴퓨터 작동 전력이라고 부르겠습니다.PC, 그리고 우리가 부를 출력 USB 전원푸.
전력을 한 형태(전압, 전류, 주파수)에서 다른 형태로 변환하고 회로의 한 부분에서 다른 부분으로 전력을 전도하는 것은 모두 완벽하지 않은 물리적 프로세스입니다. 초전도체와 아직 발명되지 않은 부품이 있는 이상적인 세계에서도 회로는 완벽할 수 없습니다. (이 미묘한 메시지의 중요성이 이 답변의 핵심이 될 것입니다). 회로에서 1W를 원한다면~ 해야 하다최소한 1W를 입력하고, 모든 실제적인 경우에는 1W를 약간 넘습니다. 저것조금 더변환에서 손실된 전력이며 다음과 같이 불립니다.손실. 손실 전력을 호출하겠습니다.Pl, 이는 공급 장치에서 전달되는 전력량과 직접적인 관련이 있습니다. 손실은 거의 항상 열로 명백하며, 이것이 바로 큰 전력 수준을 전달하는 전자 회로를 환기시켜야 하는 이유입니다.
손실이 출력 전력에 따라 어떻게 변하는지 설명하는 몇 가지 수학 함수(방정식)가 있습니다. 이 기능에는 저항에서 전력이 손실되는 출력 전압 또는 전류의 제곱, 스위칭에서 전력이 손실되는 출력 전압 또는 전류를 주파수에 곱한 값이 포함됩니다. 하지만 우리는 그것에 대해 깊이 생각할 필요가 없습니다. 관련 없는 모든 세부 사항을 하나의 기호로 묶을 수 있습니다.f(포), 어디포는 총 출력 전력이며 다음 방정식을 통해 출력 전력과 손실을 연관시키는 데 사용됩니다.P1 = f(Pc+Pu).
전원 공급 장치는 출력 전원이 전혀 제공되지 않더라도 작동하려면 전원이 필요한 회로입니다. 전자공학자들은 이것을정지한힘, 우리는 그것을 다음과 같이 부를 것입니다.Pq. 대기 전력은 일정하며 출력 전력을 전달하기 위해 전원 공급 장치가 얼마나 열심히 작동하는지에 전혀 영향을 받지 않습니다. 이 예에서는 컴퓨터가 USB 충전기에 전원을 공급하는 것 외에 다른 기능을 수행하는 경우 다른 컴퓨터 기능의 작동 전력도 포함됩니다.Pq.
이 모든 전력은 벽면 콘센트에서 나오며 입력 전력을비밀번호, (파이헷갈리게 생겼어Pl, 그래서 다음으로 전환했습니다.비밀번호벽 전력의 경우).
이제 우리는 위의 내용을 종합하고 이러한 전력 기여가 어떻게 관련되는지 설명할 준비가 되었습니다. 우선 우리는 모든 마이크로와트의 전력 출력, 즉 손실이 벽에서 나온다는 것을 알고 있습니다. 그래서:
Pw = Pq + Pl + Pc + Pu
그리고 우리는 그것을 알고 있습니다P1 = f(Pc+Pu), 그래서:
Pw = Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu
이제 우리는 다음과 같은 가설을 테스트할 수 있습니다.USB 출력에서 전력을 공급받으면 벽 전력이 USB 전력보다 적게 증가합니다.. 우리는 이 가설을 공식화하고, 그것이 어디로 가는지 확인하고, 그것이 터무니없는 것을 예측하는지(가설이 거짓인 경우) 또는 현실적인 것을 예측하는지(가설이 그럴듯하게 유지되는 경우) 확인할 수 있습니다.
먼저 가설을 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
(벽력~와 함께USB 로드) - (벽 전원없이USB 로드) < (USB 전원)
그리고 수학적으로 다음과 같습니다:
[ Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu ] - [ Pq + f(Pc) + Pc ] < Pu
이제 빼기 기호 양쪽에서 동일한 용어를 제거하고 대괄호를 제거하여 이를 단순화할 수 있습니다.
f(Pc+Pu) + Pu - f(Pc) < Pu
그런 다음 빼서푸부등식(< 기호)의 양쪽에서:
f(Pc+Pu) - f(Pc) < 0
여기에 우리의 부조리가 있습니다. 이 결과가 일반 영어로 의미하는 바는 다음과 같습니다.
공급 장치에서 더 많은 전력을 가져오는 데 따른 추가 손실은 음수입니다.
이는 음의 저항기, 반도체 접합 전체에 걸쳐 음의 전압 강하 또는 인덕터 코어에서 마술처럼 나타나는 전력을 의미합니다. 이 모든 것은 말도 안 되는 이야기, 동화, 영구 운동 기계에 대한 희망사항이며 절대 불가능합니다.
결론:
이론적으로든 다른 방식으로든 벽면 콘센트에서 나오는 추가 전력량이 동일하지 않은 상태에서 컴퓨터 USB 포트에서 전원을 얻는 것은 물리적으로 불가능합니다.
@zakinster는 무엇을 놓쳤습니까?
@zakinster에 대한 깊은 존경심으로 그는 효율성의 본질을 오해했습니다. 효율성은결과입력 전력, 손실 및 출력 전력 간의 관계~ 아니다입력 전력, 손실 및 출력 전력이 결과로 나타나는 물리량입니다.
설명을 위해 최대 출력 전력이 900W인 전원 공급 장치의 경우를 예로 들어 보겠습니다. 손실은 다음과 같습니다.Pl = APo² + BPo 여기서 A = 10^-4, B = 10^-2, Pq = 30W입니다. 효율성 모델링(포/파이) Excel에서 이러한 전원 공급 장치를 Anand Tech 곡선과 유사한 규모로 그래프로 표시하면 다음과 같습니다.
이 모델은 Anand Tech 공급 장치와 같이 매우 가파른 초기 곡선을 가지고 있지만 위의 분석에 따라 완전히 모델링되었으므로 자유 전력이 터무니없게 됩니다.
이 모델을 사용하여 @zakinster가 사례 2와 사례 3에서 제공하는 예를 살펴보겠습니다.Pq50W까지, 그리고 공급을 만드십시오완벽한, 손실이 없으면 200W 부하에서 80% 효율을 얻을 수 있습니다. 하지만 이 완벽한 상황에서도 205W에서 얻을 수 있는 최고 효율은 80.39%입니다. @zakinster가 제안한 80.5%에 도달하려면 음의 손실 함수가 필요하지만 이는 불가능합니다. 그리고 82% 효율성을 달성하는 것은 여전히 불가능합니다.
요약은 다음을 참조하세요.짧은 답변위에.