USB 장치를 충전 할 때 컴퓨터에서 더 많은 전력을 사용합니까?

내가 항상 궁금했던 것. USB를 통해 휴대폰, 하드 드라이브 등을 컴퓨터에 지속적으로 연결하면 전기 요금이 더 많이 소비됩니까? 아니면 어쨌든 활성화되어 USB 포트가 전력을 소모하므로 전력 사용량에 영향을 미치지 않습니까?

짧은 답변:

USB 장치를 충전 할 때 컴퓨터에서 더 많은 전력을 사용합니까?

일반적으로 그렇습니다 . 그러나 기대했던 만큼은 아닙니다. 그것은 자유의 힘 은 아니지만보다 효율적으로 얻을 수있을 것이다 . 그것은 실제로 특정 전원 공급 장치의 효율 곡선과 전원 공급 장치를 운영하는 지점에 달려 있습니다 (그리고 전력 소비 는 소프트웨어의 영향을받습니다).

• 컴퓨터 전원 공급 장치에 과부하가 걸리면 (예 : 유휴 상태) 더 많은 부하를 추가하면 전체 시스템의 전력 효율이 약간 높아집니다.
• 컴퓨터 전원 공급 장치가 올바르게로드되면 최대 효율에 가까워지며 일반적으로 USB 벽 충전기보다 훨씬 좋습니다.
• 컴퓨터 전원 공급 장치에 이미 과부하가 걸리면 (이러한 일이 발생하지 않아야 함) USB 전원 효율성보다 더 시급한 문제가 있습니다.

긴 대답 :

USB 포트 수의 출력 최대치 500mA ( USB1&2)와 950mA ( USB3AT) 5V 의 최대치 제공 2.5W ( USB1&2) 및 4.75W를 ( USB3).

USB 포트는 자체적으로 전력 을 소비하지 않습니다 . 아무것도 연결하지 않으면 개방 회로 일뿐입니다.

이제 USB3 포트에서 1A ( 5W ) 를 얻는 경우 일반적으로 전체 전력 소비 를 ~ 6W (전원 공급 장치 효율에 따라) 증가시켜 컴퓨터 전력 소비의 2 %에서 5 %로 증가시킵니다.

그러나 경우에 따라 다를 수 있습니다.

AnandTech의 PSU 효율성 곡선을 살펴보면 다음과 같습니다.

효율이 일정한 값이 아니라는 것을 알 수 있습니다. PSU에 적용되는 부하에 따라 다릅니다. 당신은에 볼 900W의 낮은 전력 (에서 PSU 50W 로 200W ), 곡선 부하의 증가는 효율성에 상당한 증가를 수반 할 정도로 가파르다.

효율성이 충분히 높으면 경우에 따라 USB 포트에서 5W 를 추가로 그릴 때 컴퓨터가 실제로 벽면 소켓에서 5W 를 추가로 끌어낼 필요가 없을 수도 있습니다 .

의 컴퓨터 드로잉의 예를 들어 보자 200W 의 실제 효율을 가진 PSU에 80 % 에서 200W를 :

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 200W 와 205W 사이의 PSU의 효율 곡선에 따라 USB 장치의 상대적 전력 소비가 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 효율이 동일한 일반적인 단순화 된 경우이므로 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 효율이 200W 와 205W 사이에서 증가 하므로 전체 컴퓨터 전력 소비를 고려하지 않고 USB 장치의 상대적 전력 소비를 추론 할 수 없으며 벽면 소켓의 상대적 증가를 볼 수 있습니다 실제로 5W 보다 낮을 수 있습니다 .

이 경우에만 PSU에 과부하가 걸리기 때문에 일반적인 경우는 아니지만 실제적인 가능성 이 있기 때문에 발생합니다 .

<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 부하에 관계없이 벽면 콘센트에서 동일한 전원을 끌어옵니다. 이것은 모든 불필요한 전력이 열로 소산 되는 제너 레귤레이터 의 동작입니다 . 매우 작은 부하에서 일종의 저가형 PSU에서 관찰 할 수있는 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 경우 는 PSU가 실제로 더 높은 부하에서 더 적은 전력을 소비 하는 순수한 가상의 경우입니다. 으로 @Marcks 토마스는 말했다, 이것은 당신이 실제 전원 공급 장치에서 관찰 할 수있는 일이 아니지만, 아직 이론적으로 가능하고 본능적 인 것을 증명 TANSTAAFL의 규칙이 항상 쉽게 적용 할 수 없습니다.

결론 :

많은 5V 장치를 충전해야하는 경우 여러 개의 벽 충전기보다 이미 실행중인 컴퓨터 에서 수행하는 것이 좋습니다 . 무료는 아니지만 더 효율적입니다.

또한 동일한 충전 속도를 얻으려면 1A기능 (예 :)이있는 USB 포트가 필요할 수 있습니다 USB3.

TANSTAAFL 도 여기에 적용됩니다.

당신은 아무것도 할 힘이 없습니다. 그렇지 않으면 USB 포트를 사용하여 다른 컴퓨터에 전원을 공급하고 다른 컴퓨터를 사용하여 첫 번째 전원에 전원을 공급할 수 있습니다. 재미있는 생각이지만 작동하지 않습니다.

충전 에너지는 다소 작습니다. USB1 또는 2는 5V에서 100 ~ 500mAmp를 사용합니다. 최대 2½W입니다. 다소 작은 PC의 정상적인 유휴 전력 소모량과 비교합니다. (일반 : 사무용 PC의 경우 50W, 고급 PC의 경우 150W의 유휴 상태. 게임, 컴파일 등의 경우 대략 3 배).

예. 물리의 기본 규칙입니다. 무언가가 컴퓨터에서 전원을 끄는 경우 컴퓨터는 어딘가에서 전원을 공급 받아야합니다. USB 포트는 전원을 켜는 것만으로 전력을 소비하지 않습니다. 전원 콘센트 만 있으면 스위치를 꽂지 않고 "켜기"만하면 전력을 소비합니다.

* 좋아, USB 컨트롤러 칩 모니터링에 의해 전원이 연결되어 있는지 확인하기 위해 최소한의 전력이 소비되지만, 이는 적은 양의 전력입니다.

그렇습니다. 더 많은 전기를 사용하고 있지만 월말에 청구서에 큰 영향을 미치는 금액은 아닙니다.

짧은 답변:

예; 당신은 항상 벽에서 적어도 훨씬 더 많은 전력으로 USB 전력을 지불 할 것 입니다. 이것은 열역학 법칙에 의해 요구 될뿐만 아니라 전원 공급 장치의 작동 방식에도 내재되어 있습니다.

더 긴 답변 :

우리는 컴퓨터의 전체 시스템, 내부 전원 공급 장치, 운영 회로 및 USB 포트 회로를 공급 장치라고하는 하나의 큰 블랙 박스로 만듭니다. 이 그림의 목적을 위해 전체 컴퓨터는 하나의 대형 USB 충전기이며 두 가지 출력, 즉 Pc 라고하는 컴퓨터 작동 전원 과 Pu 라고 부르는 출력 USB 전원이 있습니다.

한 형태 (전압, 전류, 주파수)에서 다른 형태로 전력을 변환하고 회로의 한 부분에서 다른 부분으로 전력을 전도하는 것은 완벽하지 않은 물리적 프로세스입니다. 초전도체와 아직 발명되지 않은 구성 요소가있는 이상적인 세상에서도 회로는 완벽 할 수 있습니다. (이 미묘한 메시지의 중요성이이 답변의 열쇠가 될 것입니다). 회로에서 1W를 원한다면 적어도 1W, 모든 실제 경우에는 1W 이상을 넣어야 합니다 . 그 비트 는 변환에서 손실 된 전력이며 손실 이라고 합니다. 우리는 손실 전력 Pl을 호출합니다전원 공급 장치에서 공급하는 전력량과 직접 관련이 있습니다. 손실은 거의 항상 열로 분명해 지므로 전력 수준이 큰 전자 회로를 환기시켜야합니다.

손실이 출력 전력에 따라 어떻게 변하는 지 설명하는 수학 함수 (수식)가 있습니다. 이 기능은 저항에서 전력이 손실되는 출력 전압 또는 전류의 제곱, 스위칭에서 전력이 손실되는 출력 전압 또는 전류를 곱한 주파수를 포함합니다. 그러나 우리는 그것에 대해 언급 할 필요가 없습니다. 우리는 관련이없는 세부 사항을 하나의 기호로 감싸서 f (Po) 라고 부를 수 있습니다 . 여기서 Po 는 총 출력 전력이며 출력 전력을 손실과 관련시키는 데 사용됩니다 방정식 Pl = f (Pc + Pu) .

전원 공급 장치는 출력 전원이 전혀 공급되지 않더라도 작동하기 위해 전원이 필요한 회로입니다. 전자 엔지니어들은 이것을 대기 전력 이라고 부릅니다. 우리는 이것을 Pq라고 합니다. 대기 전력은 일정하며 전원 공급 장치가 출력 전력을 공급하기 위해 얼마나 열심히 노력 하느냐에 따라 전혀 영향을받지 않습니다. 이 예에서 컴퓨터가 USB 충전기에 전원을 공급하는 것 외에 다른 기능을 수행하는 경우 Pq에 다른 컴퓨터 기능의 작동 전력을 포함시킵니다 .

이 모든 전원은 벽면 콘센트에서 나옵니다. 입력 전원 Pw를 호출합니다 ( Pi 는 혼란스럽게 Pl 과 같이 보이 므로 벽 전원을 위해 Pw 로 전환했습니다 ).

이제 우리는 위의 내용을 정리하고 이러한 기여가 어떻게 관련되어 있는지 설명 할 준비가되었습니다. 우선 우리는 모든 마이크로 와트의 전력 출력 또는 손실이 벽에서 나온다는 것을 알고 있습니다. 그래서:

Pw = Pq + Pl + Pc + Pu

그리고 우리는 Pl = f (Pc + Pu)입니다 .

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

이제 USB 출력에서 ​​전력 을 얻는 것이 USB 전력보다 벽 전력을 증가 시킨다는 가설을 테스트 할 수 있습니다 . 우리는이 가설을 공식화하고, 그 가설의 위치를 ​​확인하고, 그것이 어리석은 것을 예측하는지 (이 경우 가설이 거짓 임) 또는 현실적인 것을 예측할 수 있는지 (이 경우 가설이 그럴듯하게 유지됨) 여부를 확인할 수 있습니다.

가설을 먼저 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

(벽 전원 과 USB 부하) - (벽 전원 없이 USB 부하) <(USB 전원)

수학적으로 :

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

이제 빼기 부호의 양쪽에서 동일한 용어를 제거하고 대괄호를 제거하여이를 단순화 할 수 있습니다.

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

그런 다음 불평등의 양쪽에서 Pu 를 빼서 (<부호) :

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

여기 우리의 부조리가 있습니다. 이 결과가 일반 영어로 의미하는 것은 다음과 같습니다.

전원 공급 장치에서 더 많은 전력을 얻는 것과 관련된 추가 손실은 음수입니다.

즉, 네거티브 저항기, 네거티브 전압이 반도체 접합에서 떨어 졌거나 인덕터 코어에서 마술처럼 나타납니다. 이 모든 것은 말도 안되고 동화, 영원한 모션 머신에 대한 희망적인 생각이며 절대적으로 불가능합니다.

결론:

물리적으로, 이론적으로나 다른 방법으로는 콘센트에서 나오는 동일한 양의 여분의 전력으로 컴퓨터 USB 포트에서 전원을 끄는 것은 불가능합니다.

@zakinster가 무엇을 놓쳤습니까?

@zakinster를 가장 존중하면서 그는 효율성의 본질을 오해했습니다. 효율은 입력 전력, 손실 및 출력 전력 사이의 관계 의 결과 이며, 입력 전력, 손실 및 출력 전력이 결과 인 물리량은 아닙니다 .

예를 들어, 최대 출력 전력이 900W 인 전원 공급 장치, Pl = APo² + BPo (A = 10 ^ -4 및 B = 10 ^ -2, Pq = 30W)로 손실을 가정 해 보겠습니다 . Excel에서 이러한 전원 공급 장치 의 효율성 ( Po / Pi )을 모델링하고 Anand Tech 곡선과 비슷한 규모로 그래프를 작성하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

이 모델은 Anand Tech 공급 장치와 같이 초기 곡선이 매우 가파르지만, 위의 분석에 따라 전체 전력이 불합리하게 모델링됩니다.

이 모델을 사용하여 사례 2와 사례 3에서 @zakinster가 제공하는 예를 살펴 보겠습니다. Pq 를 50W로 변경 하고 무손실로 공급을 완벽 하게하면 200W 부하에서 80 % 효율을 얻을 수 있습니다. 그러나이 완벽한 상황에서도 205W에서 얻을 수있는 최선은 80.39 % 효율입니다. @zakinster가 제안한 80.5 %에 도달하기 위해서는 실질적인 가능성이 부정적인 손실 함수를 필요로한다고 제안합니다. 82 %의 효율성 달성은 여전히 ​​불가능합니다.

요약은 위의 짧은 답변을 참조하십시오 .

장치를 충전하지 않을 때 (CPU 부하와 같은 다른 장치)와 같이 장치를 충전하는 동안 컴퓨터가 동일한 전력을 소비 할 수 있습니다. 에너지 보존의 원칙과 같이 물리 법칙은 이것이 불가능하다는 보장을하지 않습니다.

그러기 위해서는 장치가 연결되어 있지 않을 때 컴퓨터가 전원을 낭비해야하므로 장치를 연결하면 낭비 된 전원이 장치로 리디렉션되어 활용됩니다.

전자 설계자들은 그러한 낭비적인 디자인을 고안하기 위해 자신의 길을 떠나야하지만 가능합니다. 하나 이상의 배터리를 충전하는지 여부에 관계없이 정확히 동일한 양의 전력을 소비하는 회로는 충전 작업에 비례하여 전력을 소비하는 회로보다 설계하기가 더 어려워 결과적으로 아무도 원하지 않는 낭비 장치입니다.

실제로 설계자들은 상용 전압 조정기를 사용하여 마더 보드의 구성 요소에 전원을 공급합니다. 전압 레귤레이터는 부하가 적을수록 전체적으로 소비되는 전력이 적으며 내부 낭비가 적습니다. (선형 레귤레이터는 낭비를 줄이고 스위칭 스위칭을 줄이지 만 부하가 적을수록 소비를 줄입니다.)

전원이 꺼진 시스템의 모든 항목은 이더넷 포트 전원 끄기, Wi-Fi 송신기 전원 끄기, 디스크 회전, CPU 절전 또는 USB 포트에 전류가 공급되지 않는 순 에너지 절약에 기여합니다. 절약은 두 가지입니다. 첫째, 서브 시스템 자체는 에너지를 사용하지 않으며, 둘째, 전력 공급 체인에서 열 손실로 업스트림에 낭비되는 에너지가 적습니다.

예. 기본 물리학 (열역학)입니다. 같은 방법으로 자동차에서 휴대 전화를 충전하는 데 약간 더 휘발유가 사용됩니다. 또 다른 예는 운동 시계입니다. 운동 시계를 착용하기 때문에 음식을 조금 더 먹어야합니다! 아마도 헤아릴 수 없지만 에너지 보존의 법칙은 그것을 요구합니다. 에너지는 생성되거나 파괴 될 수 없습니다.