Я всегда задавался вопросом. Если я постоянно подключаю к компьютеру мобильные телефоны, жесткие диски и т. п. через USB, это увеличит расходы на электроэнергию? Или порты USB потребляют электроэнергию просто потому, что они включены, и не влияют на потребление энергии?
решение1
Короткий ответ:
Потребляет ли компьютер больше электроэнергии при зарядке USB-устройств?
В целомда, но не обязательно так много, как можно было бы ожидать; этого не будетбесплатная энергия, но его можно получить более эффективно. Это действительно зависит от кривой эффективности конкретного источника питания и точки, в которой вы его эксплуатируете (и энергопотребления).являетсязатронуто программным обеспечением):
- Если блок питания вашего компьютера недогружен (например, находится в состоянии простоя), добавление дополнительной нагрузки немного увеличит энергоэффективность всей системы.
- Если блок питания вашего компьютера правильно подключен, он будет работать практически на максимальной мощности и, как правило, будет работать намного эффективнее, чем зарядное устройство USB.
- Если блок питания вашего компьютера уже перегружен (чего никогда не должно происходить), у вас есть более серьезные проблемы, чем энергоэффективность USB.
Длинный ответ:
Порт USB может выводить максимум500мА( USB1&2) и950мА( USB3) в5Вчто дает максимумы2,5 Вт( USB1&2) и4,75 Вт( USB3).
USB-порты не потребляют электроэнергиюсами. Если ничего не подключено, они представляют собой просто разомкнутые цепи.
Теперь, если вы получите1А(5 Вт) из порта USB3,это обычно увеличивает глобальное потребление энергиипримерно на 6 Вт (в зависимости от эффективности вашего блока питания), что приведет к увеличению энергопотребления вашего компьютера на 2–5%.
Однако в некоторых случаях все может быть иначе.
Если вы посмотрите на некоторыеБПкривая эффективности (отAnandTech) :
Вы увидите, что эффективность не является постоянной величиной, она сильно меняется в зависимости от нагрузки, приложенной к блоку питания. Вы увидите, что900 ВтБП, который при низкой мощности (50 Втк200 Вт), кривая настолько крутая, что увеличение нагрузки повлечет за собой существенное увеличение эффективности.
Если повышение эффективности достаточно велико, это будет означать, чтов некоторых случаях вашему компьютеру может не потребоваться рисовать дополнительную5 Втот розеткикогда вы рисуете дополнительный5 Втчерез USB-порт.
Давайте возьмем пример компьютерного рисунка.200 Втна блоке питания с фактической эффективностью80%в200 Вт:
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
Теперь, в зависимости от кривой эффективности блока питания между200 Вти205 Втотносительное энергопотребление USB-устройства может быть совершенно разным:
<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
Это обычное делоупрощенныйслучае, когда эффективность одинакова, следовательно, энергопотребление USB-устройства эквивалентно5W / 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
В этом случае эффективность блока питания увеличивается между200 Вти205 Вт, таким образом, вы не можете вывести относительное энергопотребление USB-устройства, не принимая во внимание общее энергопотребление компьютера, и вы увидите, что относительное увеличение в розетке может быть на самом деле ниже, чем5 Вт.
Такое поведение происходит только потому, что в этом случае блок питания недостаточно загружен, поэтому это не проблема.обычныйслучае, но это все еще практическая возможность.
<Case 3>
PSU efficiency at 205W : 82%
Wall power consumption with USB : 205W / 82% = 250,00W
Wall power consumption of the USB device : 0W
В этом случае блок питания потребляет одинаковую мощность из розетки, независимо от нагрузки, которую он получает. Это поведениерегулятор Зенерагде вся ненужная мощность рассеивается в тепло. Это поведение, которое можно наблюдать в некоторых низкобюджетных блоках питания при очень малой нагрузке.
<Case 4>
PSU efficiency at 205W : 84%
Wall power consumption with USB : 205W / 84% = 244,00W
Wall power consumption of the USB device : -6W
Последний случай - это чистогипотетическийслучай, когда блок питания фактически потреблял бы меньше энергии при более высокой нагрузке. Как@Маркс Томассказал, это не то, что вы можете наблюдать в практическом источнике питания, но это все ещетеоретическивозможно и доказывает, что инстинктивныйТАНСТААФЛправило не всегда можно применить так легко.
Заключение:
Если вам нужно зарядить много 5-вольтовых устройств, лучше это сделать отуже работаеткомпьютер, чем от нескольких настенных зарядных устройств. Это не будет бесплатно, но это будет более эффективно.
Также обратите внимание, что вам могут понадобиться USB-порты с соответствующей 1Aвозможностью (например, USB3), чтобы получить ту же скорость зарядки.
решение2
ТАНСТААФЛприменимо и здесь.
Вы не получаете энергию просто так. Иначе мы могли бы просто использовать порты USB для питания другого компьютера, а другой компьютер использовать для питания первого. Это забавная идея, но она не работает.
Однако энергия для зарядки довольно мала. USB1 или 2 используют от 100 до 500 мА при 5 вольтах. Это максимум 2½ Вт. По сравнению с обычным потреблением энергии в режиме ожидания ПК, который довольно мал. (Обычно: 50 Вт для офисного ПК и 150 Вт в режиме ожидания для высокопроизводительного ПК. И примерно в три раза больше во время игр, компиляции и т. д. и т. п.).
решение3
Да. Это основное правило физики: если что-то отнимает энергию у вашего компьютера, ваш компьютер должен откуда-то ее получать. USB-порты не потребляют энергию просто будучи включенными*, так же как и розетка не потребляет энергию просто будучи включенной, когда к ней ничего не подключено.
* Хорошо, микросхема контроллера USB потребляет минимальное количество энергии, отслеживая, подключено ли что-либо, но это крошечное количество энергии.
решение4
Короткий ответ:
ДА; ты будешьвсегдазаплатите за питание от USB, по крайней мере, на столько же больше за питание от сети. Этого требуют не только законы термодинамики, но и принцип работы источников питания.
Более развернутый ответ:
Мы возьмем всю систему компьютера, его внутренний источник питания, его рабочие схемы и схему порта USB как один большой черный ящик, называемый Supply. Для целей этой иллюстрации весь компьютер представляет собой одно большое зарядное устройство USB с двумя выходами: рабочая мощность компьютера, которую мы будем называтьПК, и выходная мощность USB, которую мы будем называтьПу.
Преобразование мощности из одной формы (напряжение, ток, частота) в другую и передача мощности из одной части цепи в другую — все это физические процессы, которые далеки от совершенства. Даже в идеальном мире со сверхпроводниками и еще не изобретенными компонентами схема не может быть лучше, чем совершенство. (Важность этого тонкого сообщения окажется ключом к этому ответу). Если вы хотите получить 1 Вт от цепи, выдолженвложить не менее 1 Вт, а во всех практических случаях немного больше 1 Вт. Этонемного болееэто мощность, потерянная при преобразовании, и называетсяпотеря. Мы будем называть мощность потерьМл., и это напрямую связано с количеством мощности, поставляемой источником. Потери почти всегда проявляются в виде тепла, и именно поэтому электронные схемы, которые несут большие уровни мощности, должны вентилироваться.
Есть некая математическая функция (уравнение), которая описывает, как потери изменяются в зависимости от выходной мощности. Эта функция будет включать квадрат выходного напряжения или тока, где мощность теряется в сопротивлении, частоту, умноженную на выходное напряжение или ток, где мощность теряется при переключении. Но нам не нужно останавливаться на этом, мы можем обернуть все эти несущественные детали в один символ, который мы назовемф(По), гдеПоэто общая выходная мощность, которая используется для связи выходной мощности с потерями с помощью уравненияПл = f(Пк+Пу).
Блок питания — это схема, которая требует питания для работы, даже если она вообще не выдает выходную мощность. Инженеры-электронщики называют этоспокойныймощность, и мы будем называть ееПк. Мощность покоя постоянна и абсолютно не зависит от того, насколько сильно блок питания работает, чтобы обеспечить выходную мощность. В этом примере, где компьютер выполняет другие функции, помимо питания зарядного устройства USB, мы включаем рабочую мощность других функций компьютера вПк.
Вся эта мощность поступает из розетки, и мы будем называть ее входной мощностью,Пв, (Пивыглядит сбивающим с толку образомМл., поэтому я переключился наПвдля настенного питания).
Итак, теперь мы готовы собрать все вышесказанное вместе и получить описание того, как связаны эти вклады мощности. Ну, во-первых, мы знаем, что каждый микроватт выходной мощности или потери исходит от стены. Итак:
Пв = Пк + Пл + Пк + Пу
И мы знаем, чтоПл = f(Пк+Пу), так:
Pw = Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu
Теперь мы можем проверить гипотезу о том, чтопотребление энергии от выхода USB увеличивает мощность настенной розетки на величину, меньшую, чем мощность USB. Мы можем формализовать эту гипотезу, посмотреть, к чему она приведет, и увидеть, предсказывает ли она что-то абсурдное (в этом случае гипотеза ложна) или предсказывает что-то реалистичное (в этом случае гипотеза остается правдоподобной).
Сначала мы можем записать гипотезу как:
(Настенное питание)сUSB-зарядка) - (питание от сети)безUSB-нагрузка) < (USB-питание)
и математически как:
[Pq + f(Pc+Pu) + Pc + Pu ] - [Pq + f(Pc) + Pc ] < Pu
Теперь мы можем упростить это, исключив одинаковые члены по обе стороны от знака минус и раскрыв скобки:
f(Pc+Pu) + Pu - f(Pc) < Pu
затем вычитаяПус обеих сторон неравенства (знак <):
f(Pc+Pu) - f(Pc) < 0
Вот наш абсурд. Что этот результат означает на простом английском языке:
Дополнительные потери, связанные с отбором большего количества энергии из источника, отрицательны.
Это означает отрицательные резисторы, отрицательные напряжения, падающие на полупроводниковых переходах, или мощность, магически появляющуюся из сердечников индукторов. Все это чушь, сказки, мечты о вечных двигателях и абсолютно невозможно.
Заключение:
Физически невозможно, ни теоретически, ни как-либо еще, получать питание от USB-порта компьютера, при этом из розетки поступает меньшее количество дополнительной мощности.
Что пропустил @zakinster?
При всем уважении к @zakinster, он неправильно понял природу эффективности. Эффективность — этопоследствиесоотношения между входной мощностью, потерями и выходной мощностью, а такженетфизическая величина, для которой входная мощность, потери и выходная мощность являются следствиями.
Для иллюстрации возьмем случай блока питания с максимальной выходной мощностью 900 Вт, потери определяются по формулеПл = АПо² + БПо где A = 10^-4 и B = 10^-2, и Pq = 30 Вт. Моделирование эффективности (По/Пи) такого источника питания в Excel и построение графика в масштабе, аналогичном кривой Anand Tech, дает:
Эта модель имеет очень крутую начальную кривую, как и предложение Anand Tech, но она полностью смоделирована в соответствии с приведенным выше анализом, что делает бесплатную электроэнергию абсурдной.
Давайте возьмем эту модель и рассмотрим примеры, которые @zakinster приводит в случае 2 и случае 3. Если мы изменимПкдо 50 Вт и сделайте подачуидеальный, с нулевыми потерями, то мы можем получить 80% эффективности при нагрузке 200 Вт. Но даже в этой идеальной ситуации лучшее, что мы можем получить при 205 Вт, это 80,39% эффективности. Чтобы достичь 80,5%, которые @zakinster предполагает как практическую возможность, требуется отрицательная функция потерь, что невозможно. И достижение 82% эффективности еще более невозможно.
Для получения краткой информации см.Короткий ответвыше.