Apakah komputer menggunakan lebih banyak listrik saat mengisi daya perangkat USB?

Sesuatu yang selalu saya pikirkan. Jika saya terus-menerus menghubungkan ponsel, hard drive, dan sejenisnya melalui USB ke komputer saya, apakah akan memakan lebih banyak pada tagihan listrik? Atau apakah port USB menghabiskan listrik dengan hanya diaktifkan saja, sehingga tidak mempengaruhi penggunaan daya?

Jawaban singkat:

Apakah komputer menggunakan lebih banyak listrik saat mengisi daya perangkat USB?

Secara umum ya , tetapi tidak harus sebanyak yang Anda harapkan; itu bukan kekuatan bebas , tetapi mungkin diperoleh dengan lebih efisien . Hal ini sangat tergantung pada kurva efisiensi power supply tertentu, dan titik di mana Anda beroperasi itu pada (dan konsumsi daya yang dipengaruhi oleh perangkat lunak):

• Jika catu daya komputer Anda kelebihan beban (mis. Status siaga), menambahkan lebih banyak beban akan sedikit meningkatkan efisiensi daya untuk keseluruhan sistem.
• Jika catu daya komputer Anda dimuat dengan benar, maka akan mendekati efisiensi puncaknya dengan umumnya jauh lebih baik daripada pengisi daya dinding USB.
• Jika catu daya komputer Anda sudah kelebihan beban (yang seharusnya tidak pernah terjadi) Anda memiliki masalah lebih mendesak daripada efisiensi daya USB.

Jawaban panjang:

Port USB dapat menghasilkan maksimum 500mA ( USB1&2) dan 950mA ( USB3) pada 5V yang memberikan maksimum 2.5W ( USB1&2) dan 4.75W ( USB3).

Port USB tidak mengkonsumsi daya sendiri . Tanpa apa pun yang terpasang, mereka hanya sirkuit terbuka.

Sekarang, jika Anda mengeluarkan 1A ( 5W ) dari port USB3, biasanya akan meningkatkan konsumsi daya global hingga ~ 6W (tergantung pada efisiensi pasokan daya Anda) yang akan merupakan peningkatan 2% hingga 5% dari konsumsi daya komputer Anda.

Tetapi, dalam beberapa kasus, mungkin berbeda.

Jika Anda melihat beberapa kurva efisiensi PSU (dari AnandTech ):

Anda akan melihat efisiensi bukan nilai konstan, ini sangat bervariasi tergantung pada beban yang diterapkan ke PSU. Anda akan melihat pada 900W PSU yang pada daya rendah ( 50W hingga 200W ), kurva sangat curam sehingga peningkatan beban akan memerlukan peningkatan efisiensi yang substansial.

Jika peningkatan efisiensi cukup tinggi, itu berarti bahwa dalam beberapa kasus, komputer Anda mungkin tidak perlu benar-benar menarik 5W tambahan dari stopkontak ketika Anda menggambar 5W tambahan dari port USB.

Mari kita ambil contoh komputer menggambar 200W pada PSU dengan efisiensi aktual 80% pada 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

Sekarang, tergantung pada kurva efisiensi PSU antara 200W dan 205W , konsumsi daya relatif perangkat USB mungkin sama sekali berbeda:

<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

Ini adalah kasus sederhana yang disederhanakan , di mana efisiensinya sama, maka konsumsi daya perangkat USB setara dengan5W / 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

Dalam hal ini, efisiensi PSU meningkat antara 200W dan 205W , sehingga Anda tidak dapat menyimpulkan konsumsi daya relatif dari perangkat USB tanpa memperhitungkan seluruh konsumsi daya komputer, dan Anda akan melihat peningkatan relatif pada stopkontak di dinding. sebenarnya mungkin lebih rendah dari 5W .

Perilaku ini hanya terjadi karena, dalam hal ini, PSU kurang dimuat, jadi ini bukan kasus yang biasa , tetapi masih merupakan kemungkinan praktis.

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

Dalam hal ini, PSU menarik daya yang sama dari stopkontak di dinding, apa pun beban yang diterimanya. Ini adalah perilaku regulator zener di mana semua daya yang tidak perlu dihamburkan menjadi panas. Ini adalah perilaku yang dapat diamati dalam semacam PSU low-end dengan beban yang sangat kecil.

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

Kasus terakhir itu, adalah kasus murni hipotetis di mana PSU benar-benar akan mengkonsumsi lebih sedikit daya pada beban yang lebih tinggi. Seperti yang dikatakan @Marcks Thomas , ini bukan sesuatu yang dapat Anda amati dari catu daya praktis, tetapi masih secara teori memungkinkan dan membuktikan bahwa aturan TANSTAAFL instingtif tidak selalu dapat diterapkan dengan mudah.

Kesimpulan :

Jika Anda perlu mengisi banyak perangkat 5V, lebih baik melakukannya dari komputer yang sudah berjalan daripada dari beberapa pengisi daya dinding. Ini tidak akan gratis tetapi akan lebih efisien.

Perhatikan juga bahwa Anda mungkin memerlukan port USB dengan 1Akemampuan (mis. USB3) Untuk mendapatkan kecepatan pengisian yang sama.

TANSTAAFL juga berlaku di sini.

Anda tidak mendapatkan kekuatan secara gratis. Kalau tidak, kita bisa menggunakan port USB untuk memberi daya komputer lain, dan menggunakan komputer lain untuk memberi daya yang pertama. Itu adalah ide yang menyenangkan, tetapi tidak berhasil.

Namun, energi untuk mengisi daya agak kecil. USB1 atau 2 menggunakan 100 hingga 500 mAmp pada 5 volt. Itu maksimal 2½ Watt. Dibandingkan dengan pengaliran daya idle normal dari PC yang agak kecil. (Normal: 50 watt untuk PC kantor hingga 150 watt idle untuk PC kelas atas. Dan kira-kira tiga kali lipat saat bermain game, kompilasi dll.).

Iya. Ini adalah aturan dasar fisika; jika ada sesuatu yang mengambil daya dari komputer Anda, komputer Anda harus mendapatkan kekuatan itu dari suatu tempat. Port USB tidak mengkonsumsi daya hanya dengan diaktifkan *, lebih dari stopkontak akan mengkonsumsi daya hanya dengan memiliki saklar "on" tanpa ada yang terhubung.

* Baiklah, ada sejumlah kecil daya yang dikonsumsi oleh pemantauan chip pengontrol USB untuk melihat apakah ada sesuatu yang terpasang, tapi itu sejumlah kecil daya.

Ya, Anda menggunakan lebih banyak listrik, tetapi tidak dalam jumlah yang akan membuat perbedaan besar pada tagihan Anda di akhir bulan.

Jawaban singkat:

IYA; Anda akan selalu membayar daya USB dengan setidaknya lebih banyak daya dari dinding . Ini tidak hanya diwajibkan oleh hukum termodinamika, tetapi juga melekat dalam cara kerja catu daya.

Jawaban yang lebih panjang:

Kami akan menjadikan seluruh sistem komputer, catu daya internal, sirkuit operasinya, dan sirkuit port USB menjadi satu, kotak hitam besar yang disebut Pasokan. Untuk keperluan ilustrasi ini, seluruh komputer adalah satu pengisi daya USB yang kebesaran, dengan dua keluaran: daya pengoperasian komputer, yang akan kita sebut Pc , dan daya keluaran USB, yang akan kita sebut Pu .

Konversi daya dari satu bentuk, (tegangan, arus, frekuensi), ke yang lain, dan menghantarkan daya dari satu bagian rangkaian ke yang lain, adalah semua proses fisik yang kurang sempurna. Bahkan di dunia yang ideal, dengan superkonduktor dan komponen yang belum ditemukan, sirkuit tidak bisa lebih baik dari sempurna. (Pentingnya pesan halus ini akan menjadi kunci untuk jawaban ini). Jika Anda ingin 1W keluar dari sirkuit, Anda harus memasukkan setidaknya 1W, dan dalam semua kasus praktis sedikit lebih dari 1W. Yang sedikit lebih adalah kekuatan yang hilang dalam konversi dan disebut kerugian . Kami akan memanggil kekuatan kerugian Pl, dan secara langsung terkait dengan jumlah daya yang diberikan oleh pasokan. Kehilangan hampir selalu terbukti sebagai panas, dan itulah sebabnya sirkuit elektronik yang membawa tingkat daya besar harus berventilasi.

Ada beberapa fungsi matematika, (persamaan), yang menjelaskan bagaimana kerugian bervariasi dengan daya keluaran. Fungsi ini akan melibatkan kuadrat tegangan output atau arus di mana daya hilang dalam resistansi, frekuensi dikalikan dengan tegangan output atau arus di mana daya hilang dalam switching. Tapi kita tidak perlu memikirkan itu, kita bisa membungkus semua detail yang tidak relevan itu menjadi satu simbol, yang akan kita sebut f (Po) , di mana Po adalah total daya output, dan digunakan untuk menghubungkan daya output dengan kerugian oleh persamaan Pl = f (Pc + Pu) .

Catu daya adalah sirkuit yang membutuhkan daya untuk beroperasi, bahkan jika itu tidak menghasilkan daya output sama sekali. Insinyur elektronik menyebut ini kekuatan diam , dan kami akan menyebutnya sebagai Pq . Daya diam adalah konstan, dan sama sekali tidak terpengaruh oleh seberapa keras catu daya bekerja untuk memberikan daya output. Dalam contoh ini, di mana komputer menjalankan fungsi lain selain memberi daya pada pengisi daya USB, kami menyertakan daya pengoperasian dari fungsi komputer lainnya di Pq .

Semua daya ini berasal dari stopkontak di dinding, dan kami akan memanggil daya input, Pw , ( Pi terlihat membingungkan seperti Pl , jadi saya beralih ke Pw untuk daya dinding).

Jadi sekarang kita siap untuk menggabungkan hal-hal di atas dan mendapatkan deskripsi tentang bagaimana kontribusi daya ini terkait. Yah pertama-tama kita tahu bahwa setiap microwatt output daya, atau kerugian, berasal dari dinding. Begitu:

Pw = Pq + Pl + Pc + Pu

Dan kita tahu bahwa Pl = f (Pc + Pu) , jadi:

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

Sekarang kita dapat menguji hipotesis bahwa mengambil daya dari output USB meningkat maka daya dinding kurang dari daya USB . Kita dapat memformalkan hipotesis ini, melihat kemana arahnya, dan melihat apakah hipotesis itu meramalkan sesuatu yang absurd, (dalam hal ini hipotesisnya salah), atau memprediksi sesuatu yang realistis, (dalam hal ini hipotesisnya tetap masuk akal).

Kita dapat menulis hipotesis pertama sebagai:

(Daya dinding dengan beban USB) - (Daya dinding tanpa beban USB) <(daya USB)

dan secara matematis sebagai:

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

Sekarang kita dapat menyederhanakan ini dengan menghilangkan istilah yang sama di kedua sisi tanda minus dan menghapus tanda kurung:

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

kemudian dengan mengurangi Pu dari kedua sisi ketidaksetaraan (<tanda):

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

Inilah absurditas kita. Apa hasil ini dalam bahasa Inggris adalah:

Kerugian tambahan yang terlibat dalam mengambil lebih banyak daya dari pasokan adalah negatif

Ini berarti resistor negatif, tegangan negatif jatuh melintasi persimpangan semikonduktor, atau daya yang muncul secara ajaib dari inti induktor. Semua ini omong kosong, dongeng, angan-angan mesin gerak abadi, dan sama sekali tidak mungkin.

Kesimpulan:

Secara fisik atau teoretis, tidak mungkin secara fisik, untuk mendapatkan daya dari port USB komputer, dengan jumlah daya tambahan yang kurang dari jumlah yang sama yang berasal dari stopkontak di dinding.

Apa yang dilewatkan @ zakinster?

Dengan rasa hormat terbesar kepada @ zakinster, ia telah salah memahami sifat efisiensi. Efisiensi adalah konsekuensi dari hubungan antara daya input, kerugian dan daya output, dan bukan kuantitas fisik yang daya input, kerugian dan daya output adalah konsekuensi.

Sebagai ilustrasi, mari kita ambil contoh catu daya dengan daya output maksimum 900W, kerugian yang diberikan oleh Pl = APo² + BPo di mana A = 10 ^ -4 dan B = 10 ^ -2, dan Pq = 30W. Pemodelan efisiensi ( Po / Pi ) dari catu daya semacam itu di Excel dan grafiknya pada skala yang mirip dengan kurva Anand Tech, memberikan:

Model ini memiliki kurva awal yang sangat curam, seperti pasokan Anand Tech, tetapi dimodelkan sepenuhnya sesuai dengan analisis di atas yang membuat daya bebas menjadi tidak masuk akal.

Mari kita ambil model ini dan lihat contoh yang diberikan @ zakinster di Kasus 2 dan Kasus 3. Jika kita mengubah Pq menjadi 50W, dan membuat pasokan menjadi sempurna , dengan kehilangan nol, maka kita bisa mendapatkan efisiensi 80% pada beban 200W. Tetapi bahkan dalam situasi yang sempurna ini, yang terbaik yang bisa kita dapatkan di 205W adalah efisiensi 80,39%. Untuk mencapai 80,5%, @zakinster menyarankan kemungkinan praktis membutuhkan fungsi kerugian negatif, yang tidak mungkin. Dan mencapai efisiensi 82% masih lebih mustahil.

Untuk ringkasan, silakan merujuk ke Jawaban Singkat di atas.

Ada kemungkinan bahwa komputer dapat menarik daya yang sama saat mengisi daya perangkat, seperti saat tidak mengisi daya perangkat (semuanya sama, seperti beban CPU). Hukum fisika, seperti prinsip konservasi energi, tidak memberikan jaminan apa pun bahwa ini tidak dapat terjadi.

Agar hal itu terjadi, komputer harus membuang daya ketika perangkat tidak dicolokkan, sehingga ketika mereka terhubung, daya yang terbuang kemudian dialihkan ke mereka dan dengan demikian digunakan.

Desainer elektronik harus keluar dari jalan mereka untuk merancang desain yang sia-sia, tetapi itu mungkin. Sirkuit yang menarik daya dengan jumlah yang sama persis, baik yang mengisi daya satu baterai atau lebih, lebih sulit dirancang daripada sirkuit yang menarik daya sesuai dengan pekerjaan pengisian daya, dan hasilnya adalah perangkat boros yang tidak diinginkan siapa pun.

Pada kenyataannya, perancang meraih regulator tegangan yang siap digunakan untuk memberi daya pada komponen-komponen motherboard. Regulator tegangan memiliki sifat bahwa semakin sedikit muatannya, semakin sedikit daya yang dihasilkannya secara keseluruhan, dan semakin sedikit limbah yang dihabiskan secara internal. (Regulator linear membuang lebih banyak, mengganti yang lebih sedikit, tetapi keduanya mengkonsumsi lebih sedikit saat lebih sedikit dimuat.)

Apa pun dalam sistem yang dimatikan berkontribusi pada penghematan energi bersih: dimatikan port ethernet, dimatikan pemancar Wi-Fi, spun down disk, CPU tidur, atau port USB yang tidak menghasilkan arus. Penghematannya dua kali lipat: pertama, subsistem itu sendiri tidak menggunakan energi, dan kedua, lebih sedikit energi yang terbuang ke hulu sebagai pembuangan panas dalam rantai pasokan listrik.

Iya. Ini fisika dasar (termodinamika). Dengan cara yang sama, mengisi daya baterai ponsel Anda menggunakan bensin lebih sedikit. Contoh lain adalah jam tangan kinetik: Anda harus makan sedikit lebih banyak makanan karena Anda memakai jam tangan kinetik! Itu mungkin beragam, tetapi hukum kekekalan energi menuntutnya. Energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan.