待機電力ゼロをうたうBelkinのUSB充電器は本当に省エネか:測定と分解で確かめる

こんにちは。今日は待機電力ゼロという面白いUSB充電器を手に入れたので、分解レビューしていきます。

こちらの製品、BelkinのBoostCharger Proシリーズの67W USB充電器です。見た目は普通のUSB充電器ですが、パッケージを見てみると「ゼロ待機電力でエネルギーを節約」と書いてあります。

最近の電気料金が上がっている中、待機電力ゼロというのは非常に魅力的に感じる方も多いかと思いますが、他の充電器と比べたときにどれくらい待機電力が減っているのか、待機電力が減った事によるメリット・デメリットがあるのかという事を検証していきます。さらに、このUSB充電器自体を分解して、内部構造がどうなっているのかも確認してみます。

その前に今日のスポンサーの紹介です。どうぞ。

新製品の設計が思うように進まない、生産体制を整えたいが時間がない、といった課題を抱えていませんか。今日はそんな課題を解決出来る企業の九州テンにやってきました。無線、通信、車載機器の設計開発、そして製造をコアとしている企業です。実際どのように皆さんの課題解決をサポート出来るのか見ていきます。

まず最初に設計開発ルームにやってきました。無線通信機器の仕様検討、無線回路設計、電子回路設計、プリント基板の設計、組み込みソフトの開発から機構設計まで、トータルで開発できます。実際に開発したものは、こちらの設備を使って評価していきます。無線通信技術をコアにしているだけあって、かなり充実しています。

次は生産ラインにやってきました。なんとクリーンルーム内に最新の生産ラインを保有していて、製造まで一気通貫、高い品質管理のもとでやる事が可能です。こちらは今実装ラインだけですが、こちらの隣にさらに広い組み立てエリアがあります。

ちなみにこちらの工場は地震の少ない長崎県にあるので、自然災害による生産ライン停止のリスクを低減出来る事も特長です。設計から製造までの委託先を探している企業の方、ワンストップで高品質を実現する九州テンに丸ごと任せてみてください。

さっそく、待機電力がどれくらいなのかを見ていきます。今回はこちらのセットアップで実験をしました。なるべく充電器が持っている本来の性能を見たいので、歪の少ない正弦波を出せる交流電源を使っています。そこに電力計とUSB充電器を接続して、消費電力、今回の場合は待機電力を測定します。

では実際にやってみます。電源を入れて、今100Vになりました。ここにUSB充電器をつなぎます。電力計の表示はこのようになっています。電流が非常に少なくて、0.3mA程度しか流れていないです。電流のレンジ合わせますか。このくらいでやりましょう。

一番上に有効電力が表示されています。これがUSB充電器で消費されている待機電力という事になります。だいたい3～4mW程度といったところです。その下には無効電力が表示されています。一般家庭の場合は無効電力は電気料金とは関係ないので、今回は特に気にしません。

その下が電流です。これはコンセントから充電器の部分に何A電流が流れているかを表示しています。流れる電流は非常に少ないです。0.3mAぐらいでしょうか。

このように充電器をただ挿しただけでは電力の値がパラパラして落ち着きませんので、電力の時間平均値をとる事にしました。今回の主役であるBelkinの充電器の待機電力は、だいたい3.3mWというところです。

今回は1種類ではなくて、他の充電器との待機電力も比較してみます。Anker、CIO、UGREEN、Appleなど有名どころで、イチケンが所有している充電器でどんどん見ていきます。

待機電力の測定が終わりました。このような結果となっています。今回測定した全ての充電器が並んでいますが、Belkinの待機電力は群を抜いて圧倒的に少なく、3.38mWとなっています。次点がAppleの40W充電器で18.2mW、その次にCIOの充電器で38.8mWとなっています。一般的な充電器では40～50mW程度消費するみたいです。

メーカーの味付けなのか、それともUSB充電器全般に言える事なのかは分かりませんが、充電器のスペックとしての電力が大きくなるほど、待機電力も大きくなる傾向にあるように見えます。

では次に、この待機電力の少なさが一体どれくらい電気料金に影響を与えるのかを見ていきます。待機電力による年間の電気料金のグラフはこちらです。電気料金の単価は東京電力の料金を参考にします。今回はキリの良い1kWhあたり40円で計算します。

Belkinの場合は年間で1.2円、次点のAppleが6.4円です。そして3番目のCIOが13.6円となりました。これを見てみると、少なくとも数円～数十円程度の差が出る事が分かります。イチケン的には、待機電力があってもなくても、これくらいなら正直飲み込めるレベルの違いかなと思いました。

いろいろ考えてみると、USB充電器の待機電力よりは、USB充電器を使っているときの電力変換効率の高い･低いの方が効いてくるのではないかと考えています。

USB充電器の電力変換効率とは、この図に書いてある通りです。コンセントから来ている交流電力を、どれだけ効率高くUSB充電に使う直流電力に変換出来るかを示すものです。電力変換効率の高いUSB充電器であるほど、変換時に充電器本体で発生する電力損失が小さくなり、トータルで必要とする電力も少なくなります。

実際充電器の効率がどれくらい効いてくるか、簡単な計算を2パターンしてみます。変換効率が90%の場合と91%の場合です。

まず変換効率が90%のUSB充電器で、30Wの充電を1日30分間、これを365日行うとします。30W 30分というのは、スマホを80%ぐらい充電するイメージです。変換効率90%の場合、USB充電器で発生する電力損失は3.33Wとなります。この3.33Wは充電には使えない電力で、無駄になっているものです。いろいろ計算すると、充電時の電力損失分の年間の電力量は0.61kWhとなります。

電力変換効率が90%から91%に上がったとして、先ほどと同じ条件で考えると、USB充電器で発生する電力損失は2.97Wとなります。これの充電時の電力損失分の年間の電力量は0.54kWhです。

これらの数字がどれくらいインパクトがあるのかというのは、このグラフと比べてみると分かります。このグラフは年間の待機電力量を試算したものです。先ほど計算した充電時に発生する電力損失分の年間の電力量と、このグラフに載っている待機電力分の年間の電力量は、実はトントンぐらいの関係となっています。

先ほどの計算で効率が90%から91%へ1%上がると、損失分の電力量は0.07kWh分少なくなりました。効率上昇によるインパクトはそこまで大きくない事が分かります。このクラスのUSB充電器で、効率が90%台のところからさらに1%を上げるのは、実はかなり大変です。効率で見るとたった1%ですが、電力損失で見ると10%近く減らさなければいけないからです。

ちなみにこの試算では1日30分 30Wで充電としましたが、常時数十W給電するような使い方では、待機電力の影響はほぼ無視できて、充電中の電力損失や充電器自体の電力変換効率の高さというのが効いてくるようになります。

ちなみにBelkinの充電器の効率測定も行っています。縦軸が充電器の電力変換効率です。この数字が高いほど、充電器としての性能は高いです。最高効率は20V出力時のときに91.4%でした。このクラスの充電器では効率は91%～92%台である事が多いので、Belkinの効率はまあまあ良いという結果になっています。待機電力を低くするために効率が低くなるようなデメリットはないので、安心してください。

充電器の温度測定も行いました。サーモグラフィーで測定していますが、最高温度は65℃程度です。最近のUSB充電器としては標準的な温度上昇です。

またサーマルスロットリングするかどうかの測定も行いました。サーマルスロットリングとは、USB充電器の温度が高くなりすぎるのを防ぐために、意図的に出力可能な電力を低くする機能です。このようなセットアップで充電を行い、USB充電器から出力可能な電力を常時引き出すという事をやっています。

こちらが実験結果です。横軸が実験を開始してからの経過時間、左の縦軸がUSB充電器の表面温度、右の縦軸がUSB充電器の出力電力です。実験開始直後から出力可能な電力の67Wを出力しています。それと同時にUSB充電器の表面温度も上昇しています。

実験開始から20分経過後に、サーマルスロットリングが発生しました。このときの表面温度は58℃です。サーマルスロットリング後の出力電力は50Wまで低下しました。これは表面温度が高くなりすぎるのを防いだり、あとはUSB充電器内部の回路を守るための動作です。その後も温度上昇を続けて、実験開始から約2時間後に68℃で温度は平衡しました。

ここまで実験完了したわけですが、動画編集をしていたときに、一つ重要な前提条件を見逃している事に気がつきました。それは何かというと、待機電力の測定では、USBケーブルを挿した状態でやった方が良いのではないかという事です。

皆さんが実際に使うときを想定して欲しいのですが、充電が終わった後にUSBケーブルを抜きますかという話です。多分ケーブルを抜かないで、そのまま挿しっぱなしにしている人も多いのではないかと思います。そのためUSBケーブルを挿したまま、再度待機電力の測定をやってみます。

今Belkinの充電器で、USBケーブルが挿さっていない状態の待機電力を見ています。先ほどの結果通り、だいたい3mWぐらいです。では、ここにUSBケーブルを挿してみようという事です。

増えましたね。待機電力はケーブルを挿していないときから、だいたい10倍ぐらい増えて、30mWぐらいになっています。一応このまま1時間ぐらい放置してみたのですが、待機電力は特に下がらず、この辺りのままです。何というか、見てはいけないものを見てしまったような気がします。

ちなみにこれはeMarkerのチップが入っているUSBケーブルです。eMarkerチップが入っていないケーブルもあります。これを繋いでみるとどうなるかというと、これは待機電力は増えないですね。なるほど。

まとめると、eMarkerチップ入りのUSBケーブルを使うと待機電力ゼロモードには入らなくて、eMarkerなしのUSBケーブルを使うと待機電力ゼロモードに突入する、という結果になりました。そのため使うケーブルによっては、待機電力は他の充電器と同じぐらいまで増えるかもしれないという事です。

その他のUSB充電器についても、eMarker入りのケーブルで測定してみました。こちらが実験結果です。もともとBelkinは3.3mWの待機電力だったものが、USBケーブルを挿す事で、待機電力は約10倍の32.4mWまで増加してしまいました。多分ケーブルが挿さっていると内部の回路が動作してしまい、ゼロ待機電力モードから抜けてしまうのでしょう。

その他のもともと待機電力をある程度消費している充電器については、ケーブルのあり･なしでも待機電力はほとんど変化していませんでした。これはケーブルなしの状態でも内部の回路が動作しているためと考えられます。

そのため、この充電器で待機電力ゼロのメリットを享受したいのであれば、このようなeMarkerなしのケーブルを使うか、それか使い終わったら毎回USBケーブルを抜く事をおすすめします。

次はこの充電器の待機電力ゼロモードがある事によるメリット･デメリットです。まずメリットは、待機電力がほぼゼロになる事です。3mWと非常に小さく、年間を通してコンセントに繋いでいても1円程度の電気代しかかかりません。

デメリットは、使うケーブルによっては他の充電器と同じくらいの待機電力を消費してしまう事です。これ割と致命的なデメリットかなと思います。商品自体のコンセプトを割と根底から覆すレベルのものかと思います。

その他のデメリットについては、使っている限りは特に見つからなかったのですが、Amazonのレビューを見てみると、装置の構成によっては勝手に待機電力ゼロモードに入ってしまって、充電器の出力が止まってしまうという報告もあります。

ここまで検証してきて、充電器1台あたりの待機電力は大した事はないのですが、みんなが充電器を使っていると、その待機電力はやはり膨大なものになっていきます。例えばですが、このような待機電力ゼロモードを義務付ければ、一つ一つの効果や影響は小さいけれど、全体としてみれば非常に効果のあるものとなります。この充電器の待機電力を減らすというコンセプトと、その試みについては非常に高く評価できます。

ここからは充電器を分解して、どのような仕組みで待機電力を減らしているのかを見ていきます。さっそく外装を剥いてみました。このようになっています。

こちらの青色の物体は、結構柔らかめのシリコンぽい素材でできています。これは多分部品同士を熱結合させるための熱伝導系の材料かと思います。ただ全面に充填されているわけではなくて、このような充填の具合になっています。

USB端子の裏側の部分を見てみると、熱伝導のためと思われるグラファイトシートが貼り付けてありました。ただ、このグラファイトシート、このように部品に密着しているわけではありません。この部分を見ても空間が空いてしまっていて、熱伝導にはあまり貢献していないのではないかと思います。これが意図したものなのか、それとも意図せずに製造上の問題でこうなってしまったのかは不明です。

中身だけ取り出してみました。基板は1、2、3、4の4枚構成となっています。さらに分解していきます。

回路をさらに分解しました。回路構成としては、一般的なフライバックコンバータ系の電源です。使われている部品をよく見てみると、実は日本企業のルネサスの半導体が多く使われている事が分かります。ルネサスのこのWebページにある回路構成ほぼそのままです。

主要な半導体部品で、どのようなものが使われているのかを見ていきます。まずはこちらのMOSFET。2024年にルネサスに買収されたTransphormのパワー半導体です。このMOSFETは少し面白い構造をしています。内部的にはノーマリーオフの低電圧Si MOSFETとノーマリーオンのGaN HEMTをカスコード接続して、ノーマリーオフ型のトランジスタとして使えるようにしています。

その隣にあるのは、ルネサス製のフライバックコンバーターコントローラのiW9870です。調べてみたところ、2021年にルネサスに買収されたDialog Semiconductorの製品っぽいです。

別の基板のこちら、これは2次側同期整流コントローラのiW610です。これもルネサス製です。

こちらの部品は、2018年にルネサスに買収されたIntersilの昇降圧コントローラです。こちらの充電器、USB-Cの出力が2つあるわけですが、この2つから異なる電圧を出すときに、この部品が活躍します。

最後はこちら、USB PDコントローラのiW780です。2つあります。こちらもルネサス製ですが、製品の型番的には、もともとはDialog Semiconductorの製品っぽいです。

このUSB充電器の待機電力が、他の充電器と比べてなぜ低いのかを分析しました。待機電力が低い理由は、こちらのフライバックコントローラICとPDコントローラICを組み合わせて、USBケーブルが接続されていないときのUSB充電器の動作を最適化する事で、待機電力の低減を実現しています。

ケーブルが挿さっていない状態では、PDコントローラがそれを検出して、フライバックコントローラが回路全体の動作を低消費電力な状態にします。そうすると回路がほぼ止まっているような状態になるので、消費電力、この場合には待機電力が非常に低くなるわけです。もちろんスタンバイ状態でもこのようなIC類は電力を消費しますので、IC自体も低消費電力に設計する必要があります。

待機電力を低く出来る仕組みは分かったのですが、USBケーブルが挿さっているときに待機電力が増えてしまう問題についても見ていきます。これについては、データシートをよく見ると分かります。こちらのフライバックコントローラとPDコントローラを組み合わせると、USBケーブルが接続されていない状態で、待機電力は5mW以下になると書いてあります。つまりこのICの組み合わせであっても、USBケーブルをつなぐ事で待機電力ゼロモードから出てしまう可能性があるわけです。謎が解けました。

というわけで、Belkinの待機電力ゼロのUSB充電器を調査分解レビューしてきました。待機電力を実際に測定してみると、3mWという結果になりました。これについてはほぼゼロです。ただeMarker内蔵のUSBケーブルを接続すると、待機電力は一般的なUSB充電器と同じくらいまで増えるという事も分かりました。

待機電力を減らすというコンセプトはエコですし、非常に面白い取り組みなので、今後このようなUSB充電器が増えると良いなと思いました。

今日使ったUSB充電器と、その他おすすめのUSB充電器については概要欄にリンクがありますので、気になる人はぜひチェックしてみてください。

というわけで、もしこの動画が役に立ちましたら、高評価・チャンネル登録よろしくお願いします。何か気になる事がありましたら、ぜひコメントも残してみてください。それでは最後まで動画のご視聴ありがとうございました。