给USB设备充电时，计算机会消耗更多的电量吗？

我一直想知道的事情。如果我通过USB不断将手机，硬盘驱动器等连接到计算机，它会在电费上吃得更多吗？还是只是通过启用USB端口就用完了电，从而不影响电源使用？

简短答案：

给USB设备充电时，计算机会消耗更多的电量吗？

通常是，但不一定达到您的期望。 它不会是自由力量，但它可能会更有效地获得。这真的取决于特定的电源的效率曲线，在你在（和功耗操作它的点上是由受影响的软件）：

• 如果您的计算机电源负载不足（例如，空闲状态），则增加负载将稍微提高整个系统的电源效率。
• 如果您的计算机电源正确装入，它将接近其峰值效率，通常比USB壁式充电器要好得多。
• 如果您的计算机电源已经过载（这绝不应该发生），那么您所面临的紧迫问题要比USB效率更高。

长答案：

USB端口在5V时可输出最大500mA（USB1&2）和950mA（USB3），从而提供最大2.5W（）和4.75W（）。USB1&2USB3

USB端口本身不会消耗功率。没有任何插入，它们只是开路。

现在，如果您从USB3端口获得1A（5W），通常会将全球功耗增加约6W（取决于电源效率），这将使计算机功耗增加2％至5％。

但是，在某些情况下，可能会有所不同。

如果您查看一些PSU效率曲线（来自AnandTech）：

您会看到效率不是一个恒定值，它会根据施加到PSU的负载而变化很大。您将在900W PSU 上看到，在低功率（50W至200W）下，曲线是如此陡峭，以至于负载增加将带来效率的大幅提高。

如果在效率的提高是不够高，这将意味着，在某些情况下，您的计算机可能并不需要实际绘制一个额外的5W从墙壁插座，当你画一个额外的5W从一个USB端口。

让我们以计算机在PSU上绘制200W功率（在200W时实际效率为80％）为例：

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

现在，根据200到205 瓦之间PSU的效率曲线，USB设备的相对功耗可能会完全不同：

<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

这是效率相同的通常简化情况，因此USB设备的功耗相当于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

在这种情况下，PSU效率在200W至205W之间增加，因此，如果不考虑整个计算机的功耗，就无法推断USB设备的相对功耗，并且您会看到墙上插座的相对功耗有所提高。可能实际上低于5W。

发生这种情况的原因仅在于，在那种情况下，PSU负载不足，因此这不是通常的情况，但这仍然是实际可行的可能性。

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

在这种情况下，无论电源接收到何种负载，PSU都会从墙上插座汲取相同的功率。这是齐纳稳压器的行为，其中所有不必要的功率都会散发到热量中。在某些低端PSU中，这种情况在很小的负载下就可以观察到。

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

最后一种情况纯粹是假设情况，其中PSU在较高负载下实际上会消耗较少的功率。正如@Marcks Thomas所说，这不是您可以从实际电源中观察到的东西，但是从理论上讲还是有可能的，并且证明了本能的TANSTAAFL规则不能总是那么容易地应用。

结论：

如果您需要为许多5V设备充电，最好是从已经运行的计算机上充电，而不是从多个壁式充电器上充电。它不是免费的，但效率更高。

另请注意，您可能需要具有1A功能的USB端口（例如USB3）才能获得相同的充电速度。

TANSTAAFL也适用于此。

您一无所获。否则，我们可以仅使用USB端口为另一台计算机供电，然后使用另一台计算机为第一台计算机供电。这是一个有趣的主意，但它不起作用。

充电的能量虽然很小。USB1或2在5伏时使用100至500 mAmp。最高为2½瓦。与PC的正常闲置功耗相比，该功耗很小。（正常：办公室PC为50瓦，高端PC为150瓦。在游戏，编译等时大约是其三倍）。

是。这是物理的基本规则。如果某件东西夺走了计算机的电源，则计算机必须从某处获得电源。USB端口不仅仅通过启用就消耗功率，*电源插座仅通过在不插入任何东西的情况下将开关“打开”就可以消耗功率。

*好吧，USB控制器芯片监控器会消耗最少的电量，以查看是否插入了某些东西，但这仅是很小的电量。

是的，您正在使用更多的电量，但电量不会对月底的帐单产生巨大影响。

简短答案：

是; 您总是会用至少来自墙壁的功率来支付USB功率。这不仅是热力学定律所要求的，也是电源工作方式所固有的。

更长的答案：

我们将计算机的整个系统，内部电源，操作电路和USB端口电路视为一个大的黑匣子，称为电源。为了便于说明，整个计算机是一个超大型USB充电器，具有两个输出：计算机工作电源（我们称为Pc）和输出USB电源（我们称为Pu）。

将功率从一种形式（电压，电流，频率）转换成另一种形式，以及将功率从电路的一部分传导到另一种形式，都是物理过程，并不完美。即使在理想的世界中，具有超导体和尚待发明的组件，该电路也不能完美。（这个微妙信息的重要性将成为答案的关键）。如果要从电路中输出1W，则必须至少输入1W，在所有实际情况下，都应大于1W。这一点是在转换失去了动力，被称为损失。我们称损失功率Pl，它与电源供应的电量直接相关。损耗几乎总是以热量的形式出现，这就是为什么必须对具有大功率等级的电子电路进行通风的原因。

有一些数学函数（一个方程式），描述了损耗如何随输出功率变化。该函数将涉及在电阻中失去功率的输出电压或电流的平方，频率乘以在开关过程中失去功率的输出电压或电流的平方。但是我们不必赘述，我们可以将所有不相关的细节都包装到一个符号中，我们将其称为f（Po），其中Po是总输出功率，用于将输出功率与损耗相关联，即等式P1 ＝ f（Pc + Pu）。

电源是即使完全不提供输出电源也需要电源才能工作的电路。电子工程师将其称为静态功率，我们将其称为Pq。静态功率是恒定的，并且绝对不受电源为传递输出功率而工作的努力的影响。在此示例中，在计算机除为USB充电器供电之外还执行其他功能的情况下，我们在Pq中包括了其他计算机功能的工作电源。

所有这些功率都来自壁装电源，我们将其称为输入功率Pw（Pi看起来像Pl令人困惑，因此我将Pw转换为壁功率）。

因此，现在我们准备将上述内容放在一起，并描述这些功率贡献之间的关系。首先，我们知道每微瓦的功率输出或损耗都来自墙壁。所以：

Pw = Pq + Pl + Pc + Pu

我们知道Pl = f（Pc + Pu），所以：

Pw = Pq + f（Pc + Pu）+ Pc + Pu

现在，我们可以检验以下假设：从USB输出获取功率会增加，而壁装电源会比USB功率少。我们可以对这个假设进行形式化，观察其产生的原因，以及它是否预测某些荒谬的假设（在这种情况下该假设是错误的）或预测一些现实的东西（在这种情况下该假设仍然是合理的）。

我们可以先将假设写为：

（带有 USB负载的壁式电源）-（没有 USB负载的壁式电源）<（USB电源）

在数学上为：

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

现在，我们可以通过消除减号两侧的相同术语并删除方括号来简化此操作：

f（Pc + Pu）+ Pu-f（Pc）<Pu

然后从不等式的两边减去Pu（<符号）：

f（Pc + Pu）-f（Pc）<0

这是我们的荒谬。简单地说，此结果意味着：

从电源中获取更多电力所涉及的额外损失为负

这意味着负电阻，半导体结两端的负电压下降，或从电感芯神奇地出现功率。所有这些都是胡说八道，童话故事，对永动机的一厢情愿的想法，这绝对是不可能的。

结论：

从理论上或其他方面，从物理上讲，从计算机USB端口中获取电源的可能性很小，而墙上插座发出的额外电源的能量却要少于相同数量。

@zakinster想念什么？

出于对@zakinster的最大敬意，他误解了效率的本质。效率是输入功率，损耗和输出功率之间关系的结果，而不是输入功率，损耗和输出功率是结果的物理量。

为了说明，让我们以最大输出功率为900W的电源为例，损耗由Pl =APo²+ BPo给出， 其中A = 10 ^ -4和B = 10 ^ -2，Pq = 30W。在Excel中对这种电源的效率（Po / Pi）进行建模，并以类似于Anand Tech曲线的比例绘制图形，得出：

该模型具有非常陡峭的初始曲线，例如Anand Tech的电源，但是完全根据上面的分析进行了建模，这使自由功率变得荒唐。

让我们采用此模型，并查看案例2和案例3中@zakinster给出的示例。如果将Pq更改为50W，并使电源完美，损耗为零，那么在200W负载下，效率可以达到80％。但是即使在这种完美的情况下，我们在205W功率下可获得的最佳效率还是80.39％。要达到80.5％@zakinster的建议，实际上是需要负损失函数，这是不可能的。而达到82％的效率仍然是更加不可能的。

有关摘要，请参阅上面的简短回答。

计算机可能会在为设备充电时消耗相同的电量，就像不给设备充电时一样（其他条件都是相同的，例如CPU负载）。像能量守恒原理一样，物理学定律也不能保证这种情况不会发生。

为此，计算机必须在未插入设备时浪费功率，以使得在插入设备时，否则将浪费的功率重定向到设备中并加以利用。

电子设计师必须竭尽全力来设计这种浪费的设计，但是这是可能的。无论是给一个或多个电池充电，都消耗完全相同功率的电路要比按充电工作成比例地消耗功率的电路更难设计，其结果是浪费了没人想要的设备。

实际上，设计人员可以使用现成的稳压器来为主板组件供电。稳压器具有以下特性：负载越小，整体消耗的功率就越少，内部浪费也越少。（线性稳压器浪费更多，开关稳压器浪费更少，但负载更少时两者消耗的电量也更少。）

系统中任何关闭的电源都有助于节省能源：关闭以太网端口的电源，关闭Wi-Fi发射机的电源，关闭磁盘的速度，处于休眠状态的CPU或USB端口未提供电流。节约有两个方面：首先，子系统本身不使用能源，其次，由于电源供应链中的散热，上游浪费的能源更少。

是。这是基础物理学（热力学）。同样，在汽车中为手机充电会消耗更多的汽油。另一个例子是动感手表：因为戴动感手表，您必须多吃一点食物！它可能无法估量，但是能量守恒定律要求它。能量无法创造或破坏。