USBデバイスを充電するとき、コンピューターはより多くの電力を使用しますか？

私がいつも疑問に思っていたもの。携帯電話、ハードドライブなどをUSB経由でコンピュータに常時接続していると、電気代が増えますか？または、とにかく有効にするだけでUSBポートが電力を消費するため、電力使用量に影響しませんか？

簡潔な答え：

USBデバイスを充電するとき、コンピューターはより多くの電力を使用しますか？

通常はyesですが、必ずしも期待するほどではありません。 それは自由な力ではありませんが、より効率的に得られるかもしれません。それは実際に特定の電源の効率曲線と、それを動作させているポイントに依存します（そして消費電力はソフトウェアの影響を受けます）：

• コンピューターの電源が不足している場合（アイドル状態など）、負荷を追加するとシステム全体の電力効率がわずかに向上します。
• お使いのコンピューターの電源が正しくロードされている場合、通常はUSBウォールチャージャーよりもはるかに優れたピーク効率になります。
• コンピューターの電源がすでに過負荷状態になっている場合（これは決して起こらないはずです）、USBの電力効率よりも差し迫った問題があります。

長い答え：

USBポートは、5Vで最大500mA（USB1&2）および950mA（USB3）を出力でき、最大2.5W（）および4.75W（）になります。USB1&2USB3

USBポートはそれ自体で電力を消費しません。何も差し込まれていない場合、それらは単なる開回路です。

現在、USB3ポートから1A（5W）を取り出すと、通常は（電力効率に応じて）グローバル消費電力が〜6W 増加しますが、これはコンピューターの消費電力の2％から5％の増加になります。

ただし、場合によっては異なる場合があります。

いくつかのPSU効率曲線（AnandTechから）を見ると：

効率は一定の値ではなく、PSUにかかる負荷によって大きく異なることがわかります。その900W PSUでは、低電力（50Wから200W）では曲線が非常に急峻であるため、負荷の増加により効率が大幅に向上することがわかります。

効率の向上が十分に高い場合、場合によっては、USBポートから余分な5Wを引き出しているときに、コンピューターが実際に壁のソケットから余分な5Wを引き出す必要がないことを意味します。

のは、コンピュータ描画の例見てみましょう200Wの実際の効率でPSUの80％で200Wを：

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

現在、200Wと205Wの間のPSUの効率曲線に応じて、USBデバイスの相対的な消費電力は完全に異なる場合があります。

<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

これは通常の単純化されたケースであり、効率は同じであるため、USBデバイスの消費電力は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

この場合、PSUの効率は200Wから205Wの間で増加しているため、コンピューター全体の電力消費を考慮せずにUSBデバイスの相対的な電力消費を推定することはできません。実際には5Wより低い場合があります。

この動作は、その場合、PSUの負荷が低いためにのみ発生し、通常のケースではありませんが、実際的な可能性はあります。

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

この場合、PSUは、受ける負荷に関係なく、コンセントから同じ電力を引き出します。これは、不必要な電力がすべて熱に放散されるツェナーレギュレータの動作です。これは、非常に小さな負荷でのある種のローエンドPSUで見られる動作です。

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

最後のケースは、PSUが実際に高負荷で消費する電力が少ないという架空のケースです。以下のよう@Marcksトーマスが言った、これはあなたが実用的な電源から観察できるものではありませんが、それはまだだ理論的には可能と本能的なことを証明TANSTAAFLのルールは常にその容易に適用することはできません。

結論：

多くの5Vデバイスを充電する必要がある場合は、複数の壁充電器から充電するよりも、既に実行中のコンピューターから充電する方が適切です。無料ではありませんが、より効率的になります。

また、同じ充電速度を得るために、1A機能（たとえばUSB3）を備えたUSBポートが必要になる場合があります。

TANSTAAFLもここに適用されます。

あなたは何の力も得られません。それ以外の場合は、USBポートを使用して別のコンピューターに電力を供給し、他のコンピューターを使用して最初のコンピューターに電力を供給できます。これは楽しいアイデアですが、機能しません。

しかし、充電のエネルギーはかなり小さいです。USB1または2は、5ボルトで100〜500 mAmpを使用します。それは最大2.5ワットです。かなり小さいPCの通常のアイドル電力消費と比較して。（通常：オフィスPCの場合は50ワットから、ハイエンドPCの場合はアイドル状態の150ワットまで。ゲームやコンパイルなどの場合は、ほぼ3倍）。

はい。それは物理学の基本的なルールです。何かがコンピューターから力を奪っている場合、コンピューターはどこかからその力を得る必要があります。USBポートは有効にされているだけで電力を消費しません*。何もプラグインされていない状態でスイッチを「オン」にするだけで、コンセントが電力を消費します。

*さて、USBコントローラチップの監視によって消費される電力は最小限であり、何かが差し込まれているかどうかを確認しますが、それはわずかな電力です。

はい、あなたはより多くの電気を使用していますが、月末にあなたの請求書に大きな違いをもたらす量ではありません。

簡潔な答え：

はい; あなたは常に壁から少なくともそれ以上の電力でUSB電源の代価を払うでしょう。これは熱力学の法則によって要求されるだけでなく、電源の動作方法にも固有のものです。

より長い回答：

コンピューターのシステム全体、内部電源、動作回路、およびUSBポート回路を、電源と呼ばれる1つの大きなブラックボックスにします。この図では、コンピューター全体が1つの特大USB充電器であり、2つの出力を備えています。コンピューターの動作電力（Pcと呼びます）と出力USB電力（Puと呼びます）です。

ある形式（電圧、電流、周波数）から別の形式への電力の変換、および回路のある部分から別の部分への電力の伝導は、すべて完全ではありません。超伝導体とまだ発明されていないコンポーネントを備えた理想的な世界でさえ、回路は完璧に勝るものはありません。（この微妙なメッセージの重要性は、この答えの鍵であることが判明します）。回路から1Wを取り出したい場合は、少なくとも1Wを投入する必要があり、実際にはすべて1Wを少し超える必要があります。それ以上のビットが変換中に失われた電力でかつ呼ばれる損失。損失電力をPlと呼びます、そしてそれは供給によって供給される電力の量に直接関連しています。損失は​​ほとんど常に熱として明白であり、大きな電力レベルを運ぶ電子回路を換気する必要があるのはそのためです。

損失が出力電力によってどのように変化するかを説明するいくつかの数学関数（方程式）があります。この機能には、抵抗で電力が失われる出力電圧または電流の2乗、スイッチングで電力が失われる出力電圧または電流を掛けた周波数が含まれます。しかし、私たちは一つのシンボル、我々は呼ぶにすべてのその無関係なディテールをラップすることができ、それにこだわる必要はありませんF（PO） 、Poは総出力電力であり、かつにより損失への出力電力を関連付けるために使用されます方程式Pl = f（Pc + Pu）。

電源は、出力電力をまったく供給していない場合でも、動作するために電力を必要とする回路です。エレクトロニクスエンジニアはこれを静止電力と呼び、これをPqと呼びます。静止電力は一定であり、出力電源を供給するために電源装置がどれだけ激しく動作しているかにはまったく影響されません。この例では、コンピューターがUSB充電器への給電以外の他の機能を実行している場合、他のコンピューター機能の動作電力をPqに含めます。

この電力はすべて壁のコンセントから供給され、入力電力Pwを呼び出します（PiはPlのように紛らわしく見えるので、壁電力用にPwに切り替えました）。

これで、上記をまとめて、これらの電力の寄与がどのように関連しているかの説明を取得する準備ができました。まず第一に、すべてのマイクロワットの出力または損失は壁から生じることを知っています。そう：

Pw = Pq + Pl + Pc + Pu

そして、Pl = f（Pc + Pu）であることがわかります。

Pw = Pq + f（Pc + Pu）+ Pc + Pu

これで、USB出力から電力を取ると、壁の電力がUSB電力よりも少なくなるという仮説をテストできます。この仮説を定式化し、どこに導くかを見て、それがばかげたことを予測するか（その場合は仮説が間違っている）、現実的な何かを予測するか（その場合は仮説がもっともらしいままである）を見ることができます。

最初に仮説を書くことができます：

（壁電源付き USB負荷） - （ウォール電源のない USB負荷）<（USB電源）

そして数学的に：

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

これで、マイナス記号の両側の同じ用語を削除し、角かっこを削除することで、これを簡素化できます。

f（Pc + Pu）+ Pu-f（Pc）<Pu

次に、不等式（<記号）の両側からPuを減算します。

f（Pc + Pu）-f（Pc）<0

これが私たちの不条理です。この結果が平易な英語で意味するものは：

電源からより多くの電力を取り出すことに伴う余分な損失は負です

これは、負の抵抗、負の電圧が半導体接合部で降下すること、または電力がインダクタのコアから魔法のように現れることを意味します。これはすべてナンセンスで、おとぎ話であり、永久運動機械の希望的観測であり、絶対に不可能です。

結論：

理論上またはその他の理由で、コンピュータのUSBポートから電力を取り出すことは物理的に不可能であり、壁のコンセントから余分な電力が同量よりも少なくなります。

@zakinsterは何を逃しましたか？

@zakinsterに最大の敬意を払って、彼は効率の本質を誤解しています。効率は、入力電力、損失、および出力電力の関係の結果であり、入力電力、損失、および出力電力が結果として生じる物理量ではありません。

例として、最大出力電力900W、Pl =APo²+ BPo （A = 10 ^ -4およびB = 10 ^ -2、Pq = 30W）で与えられる損失の電源の場合を考えてみましょう。Excelでこのような電源の効率（Po / Pi）をモデル化し、Anand Tech曲線と同様のスケールでグラフ化すると、次のようになります。

このモデルは、アナンドテックの供給のように非常に急な初期曲線を持っていますが、上記の分析に基づいて完全にモデル化されているため、自由な電力は不合理です。

のがこのモデルを取り、我々が変更した場合はケース2とケース3に示します@zakinster例を見てみましょうPqのを 50Wにし、電源が作る完璧な、ゼロ損失で、我々は200W負荷で80％の効率を得ることができます。しかし、この完璧な状況でも、205Wで得られる最高の効率は80.39％の効率です。@zakinsterが示唆する80.5％に達するには、不可能な負の損失関数が必要となる実用的な可能性です。そして、82％の効率を達成することはさらに不可能です。

要約については、上記の短い回答を参照してください。

デバイスを充電していないときと同じように、コンピューターがデバイスの充電中に同じ電力を消費する可能性があります（他のすべてはCPU負荷のように等しい）。物理学の法則は、エネルギー保存の原則のように、これが起こらないという保証はありません。

そのためには、デバイスが接続されていないときにコンピューターが電力を浪費する必要があります。そのため、デバイスが接続されると、無駄な電力がデバイスにリダイレクトされて使用されます。

電子設計者は、そのような無駄な設計を考案するために邪魔をしなければなりませんが、それは可能です。1つまたは複数のバッテリーを充電しているかどうかに関係なく、まったく同じ量の電力を消費する回路は、充電作業に比例して電力を消費する回路よりも設計が難しく、その結果、誰も望んでいない無駄なデバイスになります。

実際には、設計者は、マザーボードのコンポーネントに電力を供給する市販の電圧レギュレータを使用します。電圧調整器には、負荷が少ないほど、全体的に消費する電力が少なく、内部で浪費される量が少ないという特性があります。（リニアレギュレータは無駄を多くし、スイッチングレギュレータは少なくなりますが、負荷が少ない場合は両方とも消費が少なくなります。）

システム内の電源がオフになっているものはすべて、ネットエネルギーの節約に貢献します。イーサネットポートの電源オフ、Wi-Fiトランスミッタの電源オフ、ディスクのスピンダウン、CPUのスリープ、または電流を供給しないUSBポート。節約は2つあります。第1に、サブシステム自体がエネルギーを使用しないため、第2に、電力供給チェーンでの熱放散として上流で無駄になるエネルギーが少なくなります。

はい。それは基本的な物理学（熱力学）です。同様に、車で携帯電話を充電するには、もう少しガソリンが必要です。もう1つの例は動的時計です。動的時計を着用しているため、もう少し食べ物を食べる必要があります。おそらく計り知れないが、エネルギー保存の法則はそれを要求している。エネルギーを作成または破壊することはできません。