Question Un ordinateur utilise-t-il plus d'électricité lors de la charge de périphériques USB?


Quelque chose que je me suis toujours demandé. Si je connecte constamment des téléphones portables, des disques durs, etc. via USB à mon ordinateur, cela va-t-il gruger davantage la facture d'électricité? Ou est-ce que les ports USB utilisent l'électricité en étant simplement activés, ce qui n'affecte pas la consommation d'énergie?


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2018-06-06 09:14


origine


@DanielRHicks S'il branche cinq appareils à 0.5A chacun qui fait 16W (avec une efficacité de 80%). Cette mai ne pas être pertinent pour la facture d'électricité, mais il est facilement mesurable avec un watt-mètre de 15 $. - zakinster
Randall Munroe discute brièvement de votre question ici: what-if.xkcd.com/35 - Eric Lippert
Non. Vous pouvez commencer à faire des profits en pompant de l’énergie à partir de prises SUB. - Val
Mon onduleur est doté d'un wattmètre, et lorsque je suspends mon ordinateur sans aucun périphérique USB branché, la consommation d'énergie mesure 0 watts. Si je branche une tablette et deux téléphones pour la recharger (les ports USB sont toujours alimentés lorsque l'ordinateur est suspendu), la consommation d'énergie est de 7 watts. Je ne sais pas à quel point le compteur d’alimentation de l’onduleur est précis, mais la puissance utilisée est certainement mesurable. Je n'ai pas vérifié l'utilisation de l'alimentation USB lorsque l'ordinateur est sous tension, mais l'ordinateur tourne autour de 80 W en mode veille, je suppose donc que le chargement USB le ferait passer à environ 87 W. - Johnny
Bonne question. ~ Mettre un article supplémentaire dans votre réfrigérateur en utilisant plus d'électricité? - tymtam


Réponses:


Réponse courte:

Un ordinateur utilise-t-il plus d'électricité lors de la charge de périphériques USB?

Généralement Oui, mais pas nécessairement autant que vous pourriez vous attendre; ce ne sera pas pouvoir libre, mais il pourrait être obtenu plus efficacement. Cela dépend vraiment de la courbe d’efficacité de l’alimentation et du point de fonctionnement (et de la consommation électrique). est affecté par le logiciel):

  • Si l'alimentation de votre ordinateur est sous-chargée (par exemple, l'état d'inactivité), l'ajout de charges augmentera légèrement l'efficacité énergétique de l'ensemble du système.
  • Si l’alimentation de votre ordinateur est correctement chargée, son efficacité maximale sera généralement supérieure à celle d’un chargeur mural USB.
  • Si l'alimentation de votre ordinateur est déjà surchargée (ce qui ne devrait jamais être le cas), vous rencontrez des problèmes plus urgents que l'efficacité de l'alimentation USB.

Longue réponse:

Un port USB peut générer un maximum de 500mA (USB1&2) et 950mA (USB3) à 5V qui donne le maximum de 2.5W (USB1&2) et 4.75W (USB3).

Les ports USB ne consomment pas d'énergie par eux-mêmes. Sans rien branché, ce ne sont que des circuits ouverts.

Maintenant, si vous obtenez 1A (5W) sur un port USB3, cela augmentera généralement la consommation mondiale d'énergie de ~ 6W (en fonction de l'efficacité de votre alimentation), ce qui représenterait une augmentation de 2% à 5% de la consommation d'énergie de votre ordinateur.

Mais, dans certains cas, il peut être différent.

Si vous regardez quelques PSU courbe d'efficacité (à partir de AnandTech):

Cooler Master UCP 900W efficiency curve

Vous verrez que l'efficacité n'est pas une valeur constante, elle varie beaucoup en fonction de la charge appliquée à la PSU. Vous verrez à ce sujet 900W PSU à faible puissance (50W à 200W), la courbe est si forte qu’une augmentation de la charge entraînera une augmentation substantielle de l’efficacité.

Si l’augmentation de l’efficacité est suffisante, cela signifierait que dans certains cas, votre ordinateur n'a pas besoin de dessiner 5W de la prise murale quand vous tirez un extra 5W depuis un port USB.

Prenons un exemple de dessin sur ordinateur 200W sur une alimentation avec une efficacité réelle de 80% à 200W :

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

Maintenant, en fonction de la courbe d'efficacité de la PSU entre 200W et 205W, la consommation d'énergie relative du périphérique USB peut être complètement différente:


<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

C'est l'habituel simplifié cas, où l'efficacité est la même, la consommation d'énergie du périphérique USB est donc équivalente à 5W / 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

Dans ce cas, l’efficacité de l’alimentation augmente entre 200W et 205W, donc vous ne pouvez pas déduire la consommation d'énergie relative du périphérique USB sans prendre en compte la consommation totale de l'ordinateur, et vous verrez l'augmentation relative de la prise murale peut être inférieure à 5W.

Ce comportement se produit uniquement parce que, dans ce cas, la PSU est sous-chargée, ce n'est donc pas le cas. habituel cas, mais c'est toujours une possibilité pratique.


<Case 3>
PSU efficiency at 205W : 82%
Wall power consumption with USB : 205W / 82% = 250,00W
Wall power consumption of the USB device : 0W

Dans ce cas, le bloc d'alimentation tire la même puissance de la prise murale, quelle que soit la charge reçue. C'est le comportement d'un régulateur zener où tout pouvoir inutile est dissipé en chaleur. C'est un comportement qui peut être observé dans une sorte de PSU bas de gamme à très faible charge.


<Case 4>
PSU efficiency at 205W : 84%
Wall power consumption with USB : 205W / 84% = 244,00W
Wall power consumption of the USB device : -6W

Ce dernier cas est purement hypothétique cas où l’alimentation consommerait moins d’énergie à une charge plus élevée. Comme @Marcks Thomas dit, ce n'est pas quelque chose que vous pouvez observer d'une alimentation pratique, mais il est toujours théoriquement possible et prouve que l'instinctif TANSTAAFL règle ne peut pas toujours être appliquée facilement.


Conclusion :

Si vous avez besoin de charger beaucoup de périphériques 5V, il est préférable de le faire depuis un déjà en train de courir ordinateur que de plusieurs chargeurs muraux. Ce ne sera pas gratuit mais ce sera plus efficace.

Notez également que vous pouvez avoir besoin de ports USB avec 1A capacité (par ex. USB3) afin d'obtenir la même vitesse de charge.


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2018-06-06 10:14



Je ne pense pas que les alimentations pratiques aient une courbe d'efficacité suffisamment raide pour réduire la consommation en cas de charge accrue, mais de +1 pour rendre le point très important qu'un ordinateur peut être plus efficace qu'un chargeur mural. - Marcks Thomas
@MarcksThomas Je ne pense pas non plus, mais c'est théoriquement possible et il serait facile de construire une PSU factice inefficace qui se comporte de cette façon. Je faisais juste le point que le simple TANSTAAFL Le raisonnement ne fonctionne que si vous ne tenez pas compte du fait que l’alimentation de l’ordinateur peut déjà consommer de l’énergie que vous n’utilisez pas. La consommation globale ne diminuera évidemment pas, mais je ne serais pas surpris si elle n'augmente pas autant que prévu. - zakinster
Si vous commencez à utiliser 5 watts supplémentaires pour charger un appareil, votre ordinateur est susceptible de tirer 6 watts supplémentaires de la prise murale. (C’est-à-dire 5 Watt plus l’inefficacité de l’alimentation, où une alimentation moyenne est efficace à environ 80%). Un chargeur séparé peut être moins efficace, surtout s'il reste branché 24/7. En effet, même en l’absence de chargeur, le chargeur a tendance à consommer de l’énergie. Pas beaucoup, mais 24 heures par jour, peu de choses vont s’ajouter. (Pas que l'OP a demandé autant de détails. :)). - Hennes
@zakinster Si un PC consomme 200 W avec 80% d’efficacité, il tirera 250W du mur (puisque 20% est perdu dans la conversion de PSU). L'ajout de 5 W à la quantité de tirage du PC donne un tirage de 205 W, et à 80% d'efficacité, cela donne 256.25W tiré du mur (ou un autre 6.25W). - Breakthrough
@Breakthrough Complètement vrai si l'efficacité est constante 80% à 200W et 205W, mais j'ai précisé dans mon exemple que l'efficacité de l'alimentation était en fait 80,5% à 205W - zakinster


TANSTAAFL s'applique également ici.

Vous n'obtenez pas le pouvoir pour rien. Sinon, nous pourrions simplement utiliser les ports USB pour alimenter un autre ordinateur et utiliser l'autre ordinateur pour alimenter le premier. C'est une idée amusante, mais ça ne marche pas.

L'énergie pour charger est plutôt petite cependant. USB1 ou 2 utiliser 100 à 500 mAmp à 5 volts. C'est un maximum de 2½ Watt. Par rapport à la consommation normale d’un PC plutôt faible. (Normal: 50 watts pour un ordinateur de bureau à 150 watts inactif pour un PC haut de gamme. Et à peu près trois fois lorsque vous jouez, compilez, etc.).


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2018-06-06 09:36



Oops. Math corrigé En fait, pas seulement le watt. volt x watt = Watt était un brainfart. Cela aurait dû être en ampérage. - Hennes
@Hennes Vous ne pouvez pas appliquer le règle du déjeuner gratuit De la même manière, l'alimentation de l'ordinateur peut déjà gaspiller l'énergie nécessaire aux périphériques USB et peut alimenter ces périphériques sans même augmenter la charge de la prise murale. Ce n'est peut-être pas le cas habituel, mais c'est un comportement courant pour une PSU sérieusement sous-chargée. - zakinster
TANSTAAFL est également connu comme le principe de "conservation de l'énergie". - wchargin
Cette réponse est mal fondée. Le principe de conservation de l'énergie à lui seul ne nous garantit pas qu'un chargeur utilise plus d'énergie lors de la charge et moins lorsqu'il ne charge pas. Un chargeur peut consommer la même énergie, qu’il soit ou non en train de se charger, en gaspillant de l’énergie quand il ne se charge pas. Vous pouvez obtenir quelque chose pour rien quand vous utilisez ce qui est autrement gaspillé. (Il est donc nécessaire de faire valoir que cela ne se produit pas dans un ordinateur avec des ports USB.) - Kaz
-1 pour ne pas lire attentivement la question. La question ne demandait pas si les ports USB fournissent une puissance libre magique. La question demandait si toujours utiliser le pouvoir, ou seulement quand ils facturent quelque chose. - Kyralessa


Oui. C'est une règle de base de la physique; Si quelque chose enlève le courant de votre ordinateur, votre ordinateur doit recevoir cette puissance de quelque part. Les ports USB ne consomment pas d’énergie simplement en étant activés *, pas plus qu’une prise de courant ne consomme de l’énergie simplement en allumant le commutateur, sans rien brancher.

* Bien, la surveillance de la puce du contrôleur USB consomme un minimum d’énergie pour voir si quelque chose est branché, mais cela représente une petite quantité d’énergie.


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2018-06-06 09:18



Et ce pouvoir de la puce de contrôleur est utilisé indépendamment de savoir si un lecteur flash est branché ou non, donc il ne prend même pas en compte :) - Thomas
Bien sûr, mais si vous désactiver les ports (certains ordinateurs portables ont l'option), je m'attendrais à ce qu'il éteigne le contrôleur aussi. - Stu
Ce n'est pas une règle de base de la physique. - Kaz
Je voudrais -1 - ce n'est pas la «règle de base de la physique». - tymtam


Oui, vous utilisez plus d'électricité, mais pas en quantités qui feront une énorme différence pour votre facture à la fin du mois.


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2018-06-06 09:16



réponse simple et agréable :) - Joe DF
Mais si votre ordinateur est un ordinateur portable, cela fera toute la différence pour votre batterie. - 200_success
D'accord, mais il a demandé à propos de sa facture d'électricité :) - NickW


Réponse courte:

OUI; tu vas toujours payer pour le pouvoir USB avec au moins autant plus de puissance du mur. Non seulement cela est exigé par les lois de la thermodynamique, mais cela est également inhérent au fonctionnement des alimentations.


Réponse plus longue:

Nous prendrons tout le système de l’ordinateur, son alimentation interne, ses circuits d’exploitation et les circuits du port USB pour former une grande boîte noire appelée Supply. Pour les besoins de cette illustration, l’ordinateur entier est un chargeur USB surdimensionné, avec deux sorties: la puissance de fonctionnement de l’ordinateur, que nous appellerons PC, et la puissance de sortie USB, que nous appellerons Pu.

La conversion de puissance d'une forme (tension, courant, fréquence) à une autre et la transmission de puissance d'une partie d'un circuit à un autre sont autant de processus physiques qui ne sont pas parfaits. Même dans un monde idéal, avec des supraconducteurs et des composants à inventer, le circuit ne peut être meilleur que parfait. (L'importance de ce message subtil se révélera être la clé de cette réponse). Si vous voulez 1W hors d'un circuit, vous doit mettre au moins 1W, et dans tous les cas pratiques un peu plus de 1W. Cette un peu plus est le pouvoir perdu dans la conversion et s'appelle perte. Nous appellerons le pouvoir de perte PL, et il est directement lié à la quantité d’énergie fournie par l’approvisionnement. La perte est presque toujours évidente sous forme de chaleur, et c'est pourquoi les circuits électroniques à haut niveau de puissance doivent être ventilés.

Il existe une fonction mathématique (une équation) qui décrit comment la perte varie avec la puissance de sortie. Cette fonction impliquera le carré de la tension de sortie ou du courant où la puissance est perdue dans la résistance, une fréquence multipliée par la tension de sortie ou le courant où la puissance est perdue lors de la commutation. Mais nous n’avons pas besoin de nous attarder là-dessus, nous pouvons envelopper tous ces détails non pertinents dans un symbole, que nous appellerons f (Po), où Po est la puissance de sortie totale, et est utilisé pour relier la puissance de sortie à la perte par l'équation Pl = f (Pc + Pu).

Une alimentation électrique est un circuit qui nécessite une alimentation pour fonctionner, même s’il ne fournit aucune puissance de sortie. Les ingénieurs en électronique appellent cela le tranquille le pouvoir, et nous nous référerons à cela comme Pq. La puissance de repos est constante et n’est absolument pas affectée par la puissance de l’alimentation pour fournir la puissance de sortie. Dans cet exemple, lorsque l'ordinateur exécute d'autres fonctions en plus de l'alimentation du chargeur USB, nous incluons la puissance de fonctionnement des autres fonctions de l'ordinateur dans Pq.

Tout ce pouvoir vient de la prise murale, et nous appellerons la puissance d'entrée, Pw, (Pi ressemble à confusion PL, alors je suis passé à Pw pour mur-puissance).

Nous sommes maintenant prêts à rassembler les éléments ci-dessus et à obtenir une description de la relation entre ces contributions énergétiques. Tout d'abord, nous savons que chaque microwatt de puissance ou de perte de puissance provient du mur. Alors:

Pw = Pq + Pl + Pc + Pu

Et nous savons que Pl = f (Pc + Pu), alors:

Pw = Pq + f (Pc + Pu) + Pc + Pu

Maintenant, nous pouvons tester l'hypothèse que prendre le pouvoir de la sortie USB augmente alors la puissance du mur de moins que la puissance USB. Nous pouvons formaliser cette hypothèse, voir où elle conduit et voir si elle prédit quelque chose d'absurde (auquel cas l'hypothèse est fausse) ou prédit quelque chose de réaliste (auquel cas les hypothèses restent plausibles).

Nous pouvons écrire l'hypothèse d'abord comme:

(Puissance du mur avec Charge USB) - (alimentation murale sans pour autant Charge USB) <(alimentation USB)

et mathématiquement comme:

[Pq + f (Pc + Pu) + Pc + Pu] - [Pq + f (Pc) + Pc] <Pu

Maintenant, nous pouvons simplifier cela en éliminant les mêmes termes des deux côtés du signe moins et en supprimant les crochets:

f (Pc + Pu) + Pu - f (Pc) <Pu

puis en soustrayant Pu des deux côtés de l'inégalité (<signe):

f (Pc + Pu) - f (Pc) <0

Voici notre absurdité. Ce que signifie ce résultat en anglais est:

La perte supplémentaire liée à l'augmentation de la consommation d'énergie est négative

Cela signifie des résistances négatives, des tensions négatives tombant à travers des jonctions de semi-conducteurs, ou une puissance apparaissant comme par magie dans les noyaux des inducteurs. Tout cela est un non-sens, des contes de fées, un vœu pieux des machines à mouvement perpétuel et est absolument impossible.


Conclusion:

Il n'est probablement pas possible, théoriquement ou autrement, de mettre hors tension le port USB d'un ordinateur, avec moins de la même quantité d'énergie supplémentaire provenant de la prise murale.


Qu'est-ce que @zakinster a manqué?

Avec le plus grand respect envers @zakinster, il a mal compris la nature de l'efficacité. L'efficacité est un conséquence de la relation entre la puissance d'entrée, la perte et la puissance de sortie, et ne pas une quantité physique pour laquelle la puissance d'entrée, la perte et la puissance de sortie sont des conséquences.

Pour illustrer, prenons le cas d’une alimentation avec une puissance de sortie maximale de 900W, pertes données par Pl = APo² + BPo  où A = 10 ^ -4 et B = 10 ^ -2 et Pq = 30W. Modélisation de l'efficacité (Po / Pi) d’une telle alimentation dans Excel et de l’afficher à une échelle similaire à la courbe Anand Tech, donne:

enter image description here

Ce modèle a une courbe initiale très raide, comme l'offre Anand Tech, mais est entièrement modélisé selon l'analyse ci-dessus, ce qui rend la puissance libre absurde.

Prenons ce modèle et regardons les exemples que @zakinster donne dans les cas 2 et 3. Si nous changeons Pq à 50W, et faire l'approvisionnement parfaitAvec une perte nulle, nous pouvons obtenir une efficacité de 80% à une charge de 200W. Mais même dans cette situation parfaite, le meilleur que nous puissions obtenir à 205W est une efficacité de 80,39%. Pour atteindre les 80,5% que @kakinster suggère, une possibilité pratique nécessite une fonction de perte négative, ce qui est impossible. Et atteindre une efficacité de 82% est encore plus impossible.

Pour résumé, veuillez vous référer à Réponse courte au dessus.


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2018-06-29 13:31



Bonne réponse, mais je ne suis pas d'accord avec votre conclusion; la fonction de perte n'a pas besoin d'augmenter partout. En fait, il est trivial de concevoir, à des fins d'argument, une alimentation qui réduit les pertes sous charge, bien que cette fonctionnalité ne soit pas utile. Cette réponse montre très bien la non-perfection, pas l'impossibilité. - Marcks Thomas
L'OP faisait référence à la facturation à partir d'un ordinateur pratique. Même si je ne doute pas que l'on puisse ajouter artificiellement des éléments dissipatifs qui basculent dans certaines circonstances, pour prouver un point, cela constituerait une charge accrue (pour tenter de prouver un point) et non pour augmenter la perte. Mais s'il y a une conception d'alimentation raisonnable et pratique qui présente une fonction de perte négative, et n'est pas améliorée de manière mesurable en termes de coût ou de performance en éliminant la fonction de perte négative, alors j'aimerais la voir. - Billysugger


Il est possible qu’un ordinateur puisse tirer la même puissance lors de la charge des appareils, par exemple lorsqu’il ne charge pas les appareils (toutes choses égales par ailleurs, comme la charge du processeur). Les lois de la physique, tout comme le principe de conservation de l'énergie, ne garantissent pas que cela ne se produira pas.

Pour que cela se produise, l'ordinateur devrait gaspiller de l'énergie lorsque les périphériques ne sont pas branchés, de sorte que, lorsqu'ils sont branchés, le courant autrement gaspillé leur est redirigé et ainsi utilisé.

Les concepteurs électroniques doivent faire tout leur possible pour concevoir un tel design, mais c'est possible. Un circuit qui consomme exactement la même quantité d'énergie, qu'il charge ou non une ou plusieurs batteries, est plus difficile à concevoir que celui qui consomme de l'énergie proportionnellement au travail de charge, ce qui entraîne un gaspillage inutile.

En réalité, les concepteurs utilisent des régulateurs de tension standard pour alimenter les composants de la carte mère. Les régulateurs de tension ont la propriété que moins ils sont chargés, moins ils consomment de l'énergie, et moins ils gaspillent en interne. (Les régulateurs linéaires gaspillent plus, en commutent moins, mais les deux consomment moins lorsqu'ils sont moins chargés.)

Tout ce qui est éteint dans le système contribue à l'économie d'énergie nette: port Ethernet éteint, émetteur Wi-Fi éteint, disque désabonné, processeur en veille ou port USB non alimenté. L'économie est double: premièrement, le sous-système lui-même n'utilise pas d'énergie, et deuxièmement, moins d'énergie est gaspillée en amont sous forme de dissipation de chaleur dans la chaîne d'alimentation.


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2018-06-06 21:48



En fait, les circuits d'alimentation qui consomment une quantité d'énergie relativement constante, quelle que soit la puissance requise, étaient assez courants, et je ne serais pas surpris qu'ils soient encore utilisés dans certaines applications. Si un appareil alimenté par le secteur n'a jamais besoin de plus de 1 mA, une résistance de 100 K, une diode «ordinaire», un zener et un capot peuvent convertir à peu de frais l'AC120 en une tension non régulée suffisamment faible pour alimenter un régulateur bon marché. Un tel dispositif pourrait probablement tirer environ 1/8 watt en continu, indépendamment de la quantité utilisée, mais pourrait probablement être meilleur marché que toute autre solution pratique. - supercat


Oui. C'est la physique de base (thermodynamique). De la même manière, charger votre téléphone dans votre voiture consomme un peu plus d’essence. Un autre exemple est celui des montres cinétiques: il faut manger un peu plus de nourriture parce que vous portez une montre cinétique! C'est probablement incommensurable, mais la loi de conservation de l'énergie l'exige. L'énergie ne peut pas être créée ou détruite.


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2018-06-07 03:12