Algo que sempre me perguntei. Se eu conectar constantemente celulares, discos rígidos e similares via USB ao meu computador, isso consumirá mais na conta de luz? Ou as portas USB estão consumindo eletricidade apenas por serem ativadas de qualquer maneira, não afetando assim o uso de energia?
Responder1
Resposta curta:
Um computador consome mais eletricidade ao carregar dispositivos USB?
Geralmentesim, mas não necessariamente tanto quanto você esperaria; não serápoder livre, mas pode ser obtido de forma mais eficiente. Realmente depende da curva de eficiência da fonte de alimentação específica e do ponto em que você a está operando (e do consumo de energia).éafetado pelo software):
- Se a fonte de alimentação do seu computador estiver com carga insuficiente (por exemplo, estado inativo), adicionar mais carga aumentará ligeiramente a eficiência energética de todo o sistema.
- Se a fonte de alimentação do seu computador estiver carregada corretamente, ela estará próxima de seu pico de eficiência e geralmente é muito melhor do que um carregador de parede USB.
- Se a fonte de alimentação do seu computador já estiver sobrecarregada (o que nunca deveria acontecer), você terá problemas mais urgentes do que a eficiência de energia USB.
Resposta longa:
Uma porta USB pode produzir no máximo500mA( USB1&2) e950mA( USB3) no5Vque dá máximos de2,5W( USB1&2) e4,75 W( USB3).
Portas USB não consomem energiapor si próprios. Sem nada conectado, eles são apenas circuitos abertos.
Agora, se você conseguir1A(5W) uma porta USB3,geralmente aumentará o consumo global de energiaem ~ 6 W (dependendo da eficiência da fonte de alimentação), o que representaria um aumento de 2% a 5% do consumo de energia do seu computador.
Mas, em alguns casos, pode ser diferente.
Se você der uma olhada em algunsfonte de alimentaçãocurva de eficiência (deAnandTech) :
Você verá que a eficiência não é um valor constante, varia muito dependendo da carga aplicada na PSU. Você verá nisso900 WPSU que em baixa potência (50Wpara200W), a curva é tão acentuada que um aumento na carga implicará um aumento substancial na eficiência.
Se o aumento da eficiência for suficientemente elevado, isso significaria queem alguns casos, seu computador pode não precisar desenhar um extra5Wda tomada de paredequando você está desenhando um extra5Wde uma porta USB.
Vejamos um exemplo de desenho de computador200Wem uma fonte de alimentação com uma eficiência real de80%no200W:
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
Agora, dependendo da curva de eficiência da PSU entre200We205W, o consumo relativo de energia do dispositivo USB pode 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
Este é o habitualsimplificadocaso, onde a eficiência é a mesma, portanto o consumo de energia do dispositivo USB é 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
Neste caso, a eficiência da PSU está aumentando entre200We205W, portanto, você não pode deduzir o consumo relativo de energia do dispositivo USB sem levar em conta todo o consumo de energia do computador, e você verá que o aumento relativo na tomada de parede pode, na verdade, ser menor do que5W.
Este comportamento só acontece porque, nesse caso, a PSU está subcarregada, então não é ohabitualcaso, mas ainda é uma possibilidade prática.
<Case 3>
PSU efficiency at 205W : 82%
Wall power consumption with USB : 205W / 82% = 250,00W
Wall power consumption of the USB device : 0W
Neste caso, a PSU consome a mesma energia da tomada, qualquer que seja a carga que receba. Este é o comportamento de umregulador zeneronde toda a energia desnecessária é dissipada em calor. É um comportamento que pode ser observado em algum tipo de fonte de alimentação de baixo custo com carga muito pequena.
<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 é puramentehipotéticocaso em que a PSU realmente consumiria menos energia com carga mais alta. Como@Marcks Thomasdito, isso não é algo que você possa observar em uma fonte de alimentação prática, mas ainda éteoricamentepossível e prova que o instintoTANSTAAFLregra nem sempre pode ser aplicada tão facilmente.
Conclusão:
Se você precisar carregar muitos dispositivos de 5 V, é melhor fazê-lo a partir de umjá correndocomputador do que com vários carregadores de parede. Não será gratuito, mas será mais eficiente.
Observe também que você pode precisar de portas USB com 1Acapacidade (por exemplo, USB3) para obter a mesma velocidade de carregamento.
Responder2
TANSTAAFLtambém se aplica aqui.
Você não consegue poder por nada. Caso contrário, poderíamos simplesmente usar as portas USB para alimentar outro computador e usar o outro computador para alimentar o primeiro. É uma ideia divertida, mas não funciona.
A energia para carregar é bastante pequena. USB1 ou 2 usam 100 a 500 mAmp a 5 volts. Isso é um máximo de 2½ Watts. Comparado ao consumo normal de energia ociosa de um PC, isso é bastante pequeno. (Normal: 50 watts para um PC de escritório a 150 watts inativos para um PC de última geração. E aproximadamente três vezes isso ao jogar, compilar, etc.).
Responder3
Sim. É uma regra básica da física; se algo está tirando energia do seu computador, ele deve obter essa energia de algum lugar. As portas USB não consomem energia apenas por serem ativadas*, assim como uma tomada elétrica não consumiria energia apenas por ter o interruptor "ligado" sem nada conectado.
* Tudo bem, há uma quantidade mínima de energia consumida pelo monitoramento do chip do controlador USB para ver se algo está conectado, mas é uma pequena quantidade de energia.
Responder4
Resposta curta:
SIM; você vaisemprepague pela alimentação USB com pelo menos muito mais energia da parede. Isso não é apenas exigido pelas leis da termodinâmica, mas também é inerente ao modo como as fontes de alimentação funcionam.
Resposta mais longa:
Consideraremos todo o sistema do computador, sua fonte de alimentação interna, seus circuitos operacionais e os circuitos da porta USB como uma grande caixa preta chamada Fonte. Para efeitos desta ilustração, todo o computador é um carregador USB superdimensionado, com duas saídas: a potência operacional do computador, que chamaremosComputador, e a alimentação USB de saída, que chamaremosPu.
Converter energia de uma forma (tensão, corrente, frequência) para outra, e conduzir energia de uma parte de um circuito para outra, são todos processos físicos que não são perfeitos. Mesmo num mundo ideal, com supercondutores e componentes ainda por inventar, o circuito não pode ser melhor que perfeito. (A importância desta mensagem subtil acabará por ser a chave para esta resposta). Se você quiser 1W de um circuito, vocêdevecoloque pelo menos 1W e, em todos os casos práticos, um pouco mais de 1W. Queum pouco maisé a potência perdida na conversão e é chamadaperda. Chamaremos o poder de perdaPl, e está diretamente relacionado à quantidade de energia fornecida pela fonte. A perda é quase sempre evidente na forma de calor, e é por isso que os circuitos eletrônicos que transportam grandes níveis de potência devem ser ventilados.
Existe alguma função matemática (uma equação) que descreve como a perda varia com a potência de saída. Esta função envolverá o quadrado da tensão ou corrente de saída onde a energia é perdida na resistência, uma frequência multiplicada pela tensão ou corrente de saída onde a energia é perdida na comutação. Mas não precisamos insistir nisso, podemos agrupar todos esses detalhes irrelevantes em um símbolo, que chamaremosf(Po), ondePoé a potência total de saída e é usada para relacionar a potência de saída à perda pela equaçãoPl = f(Pc+Pu).
Uma fonte de alimentação é um circuito que requer energia para funcionar, mesmo que não forneça nenhuma potência de saída. Os engenheiros eletrônicos chamam isso dequiescentepoder, e vamos nos referir a ele comoPq. A potência quiescente é constante e não é afetada pela intensidade com que a fonte de alimentação está trabalhando para fornecer a potência de saída. Neste exemplo, onde o computador executa outras funções além de alimentar o carregador USB, incluímos a potência operacional das outras funções do computador emPq.
Toda essa energia vem da tomada, e chamaremos de potência de entrada,Pw, (Piparece confusoPl, então mudei paraPwpara energia de parede).
Portanto, agora estamos prontos para juntar tudo o que foi dito acima e obter uma descrição de como essas contribuições de poder estão relacionadas. Bem, em primeiro lugar, sabemos que cada microwatt de potência, ou perda, vem da parede. Então:
Pw = Pq + Pl + Pc + Pu
E nós sabemos dissoPl = f(Pc+Pu), então:
Pw = Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu
Agora podemos testar a hipótese de quetirar energia da saída USB aumenta a energia da parede em menos que a energia USB. Podemos formalizar esta hipótese, ver aonde ela leva e ver se ela prevê algo absurdo (nesse caso a hipótese é falsa) ou prevê algo realista (nesse caso a hipótese permanece plausível).
Podemos escrever a hipótese primeiro como:
(Poder de paredecomCarga USB) - (alimentação de paredesemCarga USB) < (alimentação USB)
e matematicamente como:
[ Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu ] - [ Pq + f(Pc) + Pc ] <Pu
Agora podemos simplificar isso eliminando os mesmos termos em ambos os lados do sinal de menos e removendo os colchetes:
f(Pc+Pu) + Pu - f(Pc) <Pu
então subtraindoPude ambos os lados da desigualdade (<sinal):
f(Pc+Pu) - f(Pc) < 0
Aqui está o nosso absurdo. O que este resultado significa em inglês simples é:
A perda extra envolvida na retirada de mais energia da fonte é negativa
Isso significa resistores negativos, tensões negativas que caem nas junções de semicondutores ou energia aparecendo magicamente nos núcleos dos indutores. Tudo isso é bobagem, contos de fadas, ilusões de máquinas de movimento perpétuo e é absolutamente impossível.
Conclusão:
Não é fisicamente possível, teoricamente ou não, obter energia de uma porta USB de um computador, com menos da mesma quantidade de energia extra proveniente da tomada de parede.
O que @zakinster perdeu?
Com o maior respeito por @zakinster, ele entendeu mal a natureza da eficiência. A eficiência é umconsequênciada relação entre potência de entrada, perda e potência de saída, enãouma quantidade física para a qual a potência de entrada, a perda e a potência de saída são consequências.
Para ilustrar, tomemos o caso de uma fonte de alimentação com potência máxima de saída de 900W, perdas dadas porPl = APo² + BPo onde A = 10^-4 e B = 10^-2, e Pq = 30W. Modelando a eficiência (Po/Pi) de tal fonte de alimentação no Excel e representando-a graficamente em uma escala semelhante à curva Anand Tech, dá:
Este modelo tem uma curva inicial muito acentuada, como a oferta da Anand Tech, mas é modelado inteiramente de acordo com a análise acima, o que torna a energia livre absurda.
Vamos pegar este modelo e ver os exemplos que @zakinster dá no Caso 2 e no Caso 3. Se mudarmosPqpara 50W, e faça a alimentaçãoperfeito, com perda zero, podemos obter 80% de eficiência com carga de 200W. Mas mesmo nesta situação perfeita, o melhor que podemos obter com 205W é uma eficiência de 80,39%. Alcançar os 80,5% que @zakinster sugere é uma possibilidade prática, requer uma função de perda negativa, o que é impossível. E alcançar 82% de eficiência é ainda mais impossível.
Para resumo, consulteResposta curtaacima.