Un ordinateur consomme-t-il plus d'électricité lors du chargement de périphériques USB?

Quelque chose que je me suis toujours demandé. Si je connecte en permanence des téléphones portables, des disques durs, etc. via USB à mon ordinateur, est-ce que cela va gruger plus sur la facture d'électricité? Ou est-ce que les ports USB consomment de l'électricité en étant activés de toute façon, n'affectant donc pas la consommation d'énergie?

Réponse courte:

Un ordinateur consomme-t-il plus d'électricité lors du chargement de périphériques USB?

Généralement oui , mais pas nécessairement autant que vous le souhaiteriez. ce ne sera pas du pouvoir gratuit , mais il pourrait être obtenu plus efficacement . Cela dépend vraiment de la courbe d'efficacité du bloc d'alimentation en question et du point auquel vous l'utilisez (et la consommation électrique est affectée par le logiciel):

• Si l'alimentation de votre ordinateur est insuffisamment chargée (par exemple, à l'état inactif), l'ajout de charge supplémentaire augmentera légèrement l'efficacité énergétique de l'ensemble du système.
• Si l’alimentation de votre ordinateur est correctement chargée, son efficacité maximale sera proche de celle d’un chargeur mural USB.
• Si l'alimentation de votre ordinateur est déjà surchargée (ce qui ne devrait jamais se produire), vous avez des problèmes plus urgents que l'efficacité énergétique USB.

Longue réponse:

Un port USB peut maximums de sortie de 500mA ( USB1&2) et 950mA ( USB3) à 5 V qui donne des maximums de 2,5 W ( USB1&2) et 4.75W ( USB3).

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

Désormais, si vous obtenez 1A ( 5W ) sur un port USB3, la consommation d’énergie globale augmentera d’environ 6W (en fonction de l’efficacité de votre alimentation), ce qui représenterait une augmentation de 2% à 5% de la consommation électrique de votre ordinateur.

Mais, dans certains cas, cela peut être différent.

Si vous jetez un coup d’œil à la courbe d’efficacité des PSU (d’ AnandTech ):

Vous verrez que l'efficacité n'est pas une valeur constante, elle varie beaucoup en fonction de la charge appliquée au bloc d'alimentation. Vous verrez sur ce bloc d' alimentation de 900 W qu'à faible puissance (de 50 à 200 W ), la courbe est si raide qu'une augmentation de la charge entraînera une augmentation substantielle de l'efficacité.

Si l’augmentation de l’efficacité est suffisante, cela signifie que, dans certains cas, votre ordinateur n’aura peut-être pas besoin de tirer 5W supplémentaires de la prise murale pour tirer 5W supplémentaires d’un port USB.

Prenons l'exemple d'un ordinateur qui consomme 200W sur un bloc d'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 du PSU entre 200W et 205W , la consommation électrique 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 le cas simplifié habituel , où l’efficacité est la même, d’où la consommation électrique du périphérique USB est équivalente à5W / 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 du bloc d' alimentation augmente entre 200W et 205W , vous ne pouvez donc pas déduire la consommation relative d'énergie du périphérique USB sans prendre en compte la consommation totale de l'ordinateur, et vous constaterez l'augmentation relative au niveau de la prise murale. peut effectivement être inférieur à 5W .

Ce comportement ne survient que parce que, dans ce cas, le bloc d'alimentation est sous-chargé. Ce n'est donc pas le cas habituel , mais cela reste 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 PSU tire le même pouvoir de la prise murale, quelle que soit la charge reçue. C'est le comportement d'un régulateur Zener où toute l'énergie inutile est dissipée 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 un cas purement hypothétique où l’USP consommerait moins d’énergie à une charge plus élevée. Comme @Marcks Thomas l'a dit, ce n'est pas quelque chose que l'on peut observer avec une alimentation électrique pratique, mais cela reste théoriquement possible et prouve que la règle instinctive TANSTAAFL ne peut pas toujours être appliquée aussi facilement.

Conclusion :

Si vous devez charger de nombreux appareils 5V, il est préférable de le faire à partir d'un ordinateur déjà allumé que de plusieurs chargeurs muraux. Ce ne sera pas gratuit mais ce sera plus efficace.

Notez également que vous aurez peut-être besoin de ports USB dotés de 1Acapacités (par exemple USB3) pour obtenir la même vitesse de charge.

TANSTAAFL s'applique également ici.

Vous ne recevez 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 utilisent 100 à 500 mAmp à 5 volts. C'est un maximum de 2½ Watt. Comparé à la perte de puissance normale d'un PC, il est plutôt petit. (Normale: 50 watts pour un ordinateur de bureau à 150 watts au ralenti pour un ordinateur haut de gamme. Et à peu près trois fois plus lorsque vous jouez, compilez, etc.).

Oui. C'est une règle de base de la physique; si quelque chose coupe le courant de votre ordinateur, ce dernier doit l’alimenter quelque part. Les ports USB ne consomment pas d'énergie simplement en étant activés *, pas plus qu'une prise de courant ne consommerait de l'énergie simplement en maintenant le commutateur sur "marche" sans rien brancher.

* Très bien, la surveillance de la puce du contrôleur USB consomme très peu d'énergie pour voir si quelque chose est branché, mais c'est une quantité infime d'énergie.

Oui, vous utilisez plus d’électricité, mais pas en quantités qui influeront considérablement sur votre facture à la fin du mois.

Réponse courte:

OUI; vous paierez toujours pour l’alimentation USB avec au moins autant d’énergie du mur . Cela est non seulement requis par les lois de la thermodynamique, mais également dans le fonctionnement des alimentations.

Réponse plus longue:

Nous prendrons l’ensemble du système de l’ordinateur, de son alimentation interne, de ses circuits de fonctionnement et des circuits du port USB pour former une grande boîte noire appelée Alimentation. Aux fins de cette illustration, l’ensemble de l’ordinateur correspond à un chargeur USB surdimensionné, avec deux sorties: l’alimentation de fonctionnement de l’ordinateur, que nous appellerons Pc , et la puissance de sortie USB, que nous appellerons Pu .

Convertir de l'énergie d'une forme (tension, courant, fréquence) en une autre, et conduire de l'énergie d'une partie d'un circuit à une autre, sont tous des processus physiques qui ne sont pas parfaits. Même dans un monde idéal, avec des supraconducteurs et des composants encore à inventer, le circuit ne peut être meilleur que parfait. (L'importance de ce message subtil s'avérera être la clé de cette réponse). Si vous voulez 1W sur un circuit, vous devez mettre au moins 1W, et dans tous les cas pratiques un peu plus de 1W. Ce peu plus est la perte de puissance dans la conversion et est appelée perte . Nous appellerons le pouvoir de perte Pl, et il est directement lié à la quantité d’énergie délivrée par l’alimentation. La perte est presque toujours évidente sous forme de chaleur. C'est pourquoi les circuits électroniques qui transportent des niveaux de puissance élevés doivent être ventilés.

Il existe une fonction mathématique (une équation) qui décrit comment la perte varie avec la puissance de sortie. Cette fonction implique le carré de la tension ou du courant de sortie en cas de perte de puissance en résistance, une fréquence multipliée par la tension de sortie ou le courant en cas de perte de puissance 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 seul symbole, que nous appellerons f (Po) , où Po est la puissance de sortie totale, et est utilisé pour associer la puissance de sortie à la perte par équation Pl = f (Pc + Pu) .

Un bloc d'alimentation est un circuit qui nécessite du courant pour fonctionner, même s'il ne fournit aucune puissance de sortie. Les ingénieurs en électronique appellent cela le pouvoir de repos , et nous l' appellerons Pq . La puissance au repos est constante et n'est absolument pas affectée par la difficulté avec laquelle l'alimentation fonctionne pour fournir la puissance de sortie. Dans cet exemple, où l'ordinateur exécute d'autres fonctions que l'alimentation du chargeur USB, nous incluons la puissance de fonctionnement des autres fonctions de l'ordinateur dans Pq .

Toute cette puissance provient de la prise murale et nous appellerons la puissance d'entrée, Pw ( Pi ressemble de manière confuse à Pl , alors je suis passé à Pw pour une alimentation murale).

Nous sommes maintenant prêts à regrouper ce qui précède et à obtenir une description de la relation entre ces contributions de pouvoir. Tout d’abord, nous savons que chaque microwatt de puissance, ou perte, provient du mur. Alors:

Pw = Pq + Pl + Pc + Pu

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

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

Nous pouvons maintenant vérifier l’hypothèse voulant que l’utilisation de la sortie USB augmente la puissance du mur de moins que celle-ci . Nous pouvons formaliser cette hypothèse, voir où elle mène et voir si elle prédit quelque chose d'absurde (dans ce cas l'hypothèse est fausse), ou prédit quelque chose de réaliste (dans ce cas les hypothèses restent plausibles).

On peut d'abord écrire l'hypothèse sous la forme:

(Alimentation murale avec charge USB) - (Alimentation murale sans charge USB) <(Alimentation USB)

et mathématiquement comme:

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

Nous pouvons maintenant 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 clair est le suivant:

La perte supplémentaire liée à une consommation électrique accrue est négative

Cela signifie des résistances négatives, des tensions négatives chutées à travers des jonctions semi-conductrices ou une puissance apparaissant de manière magique à partir des noyaux des inductances. Tout cela est un non-sens, des contes de fées, un vœu pieux de machines à mouvement perpétuel, et est absolument impossible.

Conclusion:

Il n’est pas physiquement possible, théoriquement ou autrement, d’alimenter 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 pour @zakinster, il a mal compris la nature de l'efficacité. L'efficacité est une conséquence de la relation entre la puissance d'entrée, la perte et la puissance de sortie, et non une quantité physique pour laquelle la puissance d'entrée, la perte et la puissance de sortie sont des conséquences.

Pour illustrer notre propos , prenons le cas d’une alimentation d’une puissance de sortie maximale de 900 W, les pertes données par Pl = APo² + BPo où A = 10 ^ -4 et B = 10 ^ -2 et Pq = 30W. La modélisation de l'efficacité ( Po / Pi ) d'une telle alimentation dans Excel et sa représentation graphique à une échelle similaire à celle de la courbe d'Anand Tech donnent:

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

Prenons ce modèle et examinons les exemples donnés par @zakinster dans les cas 2 et 3. Si nous modifions Pq en 50W et rendons la fourniture parfaite , sans perte, nous pouvons obtenir un rendement de 80% à une charge de 200W. Mais même dans cette situation parfaite, le meilleur que nous puissions obtenir à 205W est d’une efficacité de 80,39%. Pour atteindre les 80,5% suggérés par @zakinster, une possibilité pratique nécessite une fonction de perte négative, ce qui est impossible. Et atteindre 82% d'efficacité est encore plus impossible.

Pour un résumé, veuillez vous reporter à la réponse courte ci-dessus.

Il est possible qu'un ordinateur consomme la même puissance lorsqu'il charge des appareils ou lorsqu'il ne charge pas d'appareils (toutes choses étant égales par ailleurs, comme la charge du processeur). Les lois de la physique, à l'instar du principe de conservation de l'énergie, n'offrent aucune garantie que cela ne puisse pas se produire.

Pour que cela se produise, l’ordinateur devrait gaspiller de l’énergie lorsque les périphériques ne sont pas branchés, de telle sorte que lorsqu’ils sont branchés, l’énergie autrement perdue est ensuite redirigée vers eux et ainsi utilisée.

Les concepteurs électroniques devraient faire de leur mieux pour concevoir un design aussi inutile, 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, et il en résulte un dispositif inutile que personne ne veut.

En réalité, les concepteurs ont recours à des régulateurs de tension standard pour alimenter les composants de la carte mère. Les régulateurs de tension ont pour principe que moins ils sont chargés, moins ils consomment d'énergie en général et moins ils gaspillent en interne. (Les régulateurs linéaires gaspillent plus, en commutant moins, mais les deux consomment moins lorsqu'ils sont moins chargés.)

Tout ce qui est mis hors tension dans le système contribue à l'économie d'énergie nette: port Ethernet mis hors tension, émetteur Wi-Fi hors tension, disque retourné, unité centrale en veille ou port USB ne fournissant pas de courant. L'économie est double: d'une part, le sous-système lui-même ne consomme pas d'énergie et, d'autre part, moins d'énergie est gaspillée en amont sous forme de dissipation thermique dans la chaîne d'alimentation.

Oui. C'est la physique de base (thermodynamique). De la même manière, recharger votre téléphone dans votre voiture consomme un peu plus d’essence. Un autre exemple est celui des montres cinétiques: vous devez 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.