JP2016194927A - 高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法 - Google Patents

高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高効率電源供給装置およびこれを利用した資源供給方法を提供する。【解決手段】電源供給装置は、複数のソース電源(第1交流電源、第2交流電源)から供給される交流電源を切り換えるリレー120、切り換わった交流電源をそれぞれ直流電源に変換する直流電源供給部130およびソース電源から供給される交流電源の監視結果に基づいてリレー120がソース電源を切り換えるように切換信号を生成する制御部140を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、ラックに電源を供給する高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法に関する。
最近では大型データセンターの登場に伴い、交流、すなわちAC(Alternating Current)電力伝達を基盤とするデータセンターを、高効率の直流、すなわちDC(Direct Current)電力伝達を基盤とするデータセンターに変更しようとする研究が行われている。
これに関し、大韓民国公開特許公報第10−2011−003035号公報(公開日2011年01月11日)「直流電力供給システム」には、直流電力供給システムが交流電力の入力を受けて直流電力を生成する整流器から出力された直流電力を複数のサーバに直接供給することが開示されている。
しかし、このような従来の電力供給システムは、それぞれのサーバで個別に電源装置(PSU:Power Supply Unit)を使用するため、過負荷、停電、電源装置の不良などによって電源供給に問題が起こった場合には、サーバの運用に致命的な影響が生じるという問題がある。さらに、それぞれのサーバで個別に使用される電源装置の状態に応じて電源の効率が変動し、最大の効果を得るのが困難であるという問題もあった。
したがって、過負荷、停電、電源装置の不良などによるデータの損失を防ぐことができ、電源の効率を最上の状態で維持できるようにする方法が求められている。
韓国公開特許第10−2011−003035号公報
PSU(Power Supply Unit)の不良、停電、過負荷などによるデータの損失を事前に防ぐことができる高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法が提供される。
不必要な電力消耗を減少させることによって高効率で電源を供給することができる高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法が提供される。
入力電圧が切り換わるときに発生する電圧降下現象を効果的に保護することができる高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法が提供される。
管理および維持補修費用を減らすことができる高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法が提供される。
既存のPSUが維持する時間よりも長く補助電源を提供することができる高効率電源供給装置およびこれを利用した電源供給方法が提供される。
電源供給装置は、複数のソース電源から供給される交流電源を切り換えるリレー、前記切り換わった交流電源をそれぞれ直流電源に変換する直流電源供給部、および前記ソース電源から供給される交流電源の監視結果に基づいて前記リレーが前記ソース電源を切り換えるように切換信号を生成する制御部を備えてもよい。
本発明の一実施形態によると、前記ソース電源から入力される交流電源を監視する監視部をさらに備えてもよい。
本発明の他の一実施形態によると、前記制御部は、予め設定された時間以上に第1ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を前記第1ソース電源から第2ソース電源に切り換え、予め設定された時間以上に前記第2ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を前記第2ソース電源から前記第1ソース電源に切り換えてもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記制御部は、前記供給される交流電源を前記第1ソース電源および前記第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換えた後、予め設定された時間の間に切換状態を維持させ、以後に前記不安定な交流電源が入力されたソース電源から交流電源が正常に入力される場合には、前記交流電源の供給を元の状態に切り換えてもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記供給される交流電源が切り換わるときに前記複数のサーバに直流電源を供給して電圧降下現象の発生を防ぐ瞬間電源供給部をさらに備えてもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記瞬間電源供給部は、キャパシタ(Capacitor)およびリチウムポリマー電池(Li polymer battery)のうち少なくとも1つで構成されてもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記瞬間電源供給部は、充電時にダイオードおよびFET(Field Effect Transistor)のうち少なくとも1つを利用して前記供給される直流電源に及ぶ影響を遮ってもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記直流電源供給部は、複数のPSU(Power Supply Unit)が並列に連結したものであってもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記サーバの運用状態をモニタリングし、前記サーバの運用状態に応じて前記複数のPSUをそれぞれ活性化または非活性化させる遠隔電源監視部をさらに備えてもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、ラック(Rack)に配置された複数のサーバに供給される直流電源を統合して分配する統合機をさらに備えてもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記サーバごとにそれぞれ設置され、前記分配された直流電源を前記サーバに供給するインタフェースボードをさらに備えてもよい。
本発明のさらに他の一実施形態によると、前記インタフェースボードは、前記サーバへの初期電源の印加時に前記サーバで発生する突入電流による電圧降下現象を防ぐ突入電流保護回路を備えてもよい。
電源供給方法は、複数のソース電源から供給される交流電源を切り換えるステップ、前
記切り換わった交流電源をそれぞれ直流電源に変換するステップ、および前記ソース電源から供給される交流電源の監視結果に基づいて前記リレーが前記ソース電源を切り換えるように切換信号を生成するステップを含んでもよい。
複数のソース電源から供給される交流電源を多重化し、これをそれぞれ直流電源に変換してデータセンターに配置されたラック単位で供給する一方、このときに供給される交流電源を監視し、監視結果に応じて交流電源を供給するソース電源を切り換えることにより、PSU(Power Supply Unit)の不良、停電、過負荷などによるデータの損失を事前に防ぐことができる。
遠隔電源監視部を利用してサーバの運用状態を監視し、これに応じて複数のPSUを選択的にそれぞれ活性化または非活性化させて不必要な電力消耗を減少させることにより、電源の効率を常に最大値で維持させることができる。
入力電源が切り換わるときに充電された直流電源を供給することにより、入力電源が切り換わるときに発生する電圧降下現象を効果的に保護することができる。
半永久的に使用することができる充電素材を利用することによって管理費用および維持補修費用を減らすことができ、速い時間で充電することができる。
サーバごとにそれぞれ設置されて直流電源を供給するインタフェースボードを利用して補助電源が各サーバに供給されるようにすることにより、既存のPSUが維持する時間よりも長く補助電源を供給することができる。
本発明の一実施形態において、電源供給装置を示したブロック図である。 本発明の一実施形態において、電源供給装置の動作過程を説明するための図である。 本発明の一実施形態において、電源供給装置の詳細構成を示した図である。 本発明の一実施形態において、第1ソース電源から不安定な電源が入力される場合に、第2ソース電源に電源供給を切り換える過程を示した例示図である。 本発明の一実施形態において、瞬間電源供給部を示した回路図である。 本発明の一実施形態において、瞬間電源供給部を示した回路図である。 本発明の一実施形態において、直流電源の負荷量と交流電源の稼動容量を示したグラフである。 本発明の一実施形態において、電源供給装置がラックに設置された複数のサーバに直流電源を供給する過程を説明するための図である。 本発明のさらに他の一実施形態において、電源供給装置がラックに設置された複数のサーバに直流電源を供給する過程を説明するための図である。 本発明の一実施形態において、ラックに電源供給装置が設置された状態を示した例示図である。 本発明の一実施形態において、電源供給装置を示した斜視図である。 本発明の一実施形態において、インタフェースボードを示した回路図である。 本発明の一実施形態において、インタフェースボードを示した斜視図である。 本発明の一実施形態において、電源供給方法を示したフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態において、電源供給装置を示した例示図である。
本発明に係る電源供給装置100は、データセンターに配置されたラック(Rack)単位で安定的な直流電源が供給されるようにする一方、電源の効率が最上の状態で維持されるようにするためのものであって、図1に示すように、監視部110、リレー120、直流電源供給部130、および制御部140を備えてもよい。
過負荷や停電などによってラックに電源が不安定に供給される場合には、サーバに記録されたデータが損失することがある。これを防ぐために、電源供給装置100は、複数の互いに異なるソース電源から交流電源の入力を受けてこれを多重化し、多重化した交流電源をそれぞれ直流電源に変換して複数のラックに供給してもよい。
一例として、電源供給装置100には、第1ソース電源および第2ソース電源から高圧の交流電源が入力されてもよい。このとき、電源供給装置100は、リレー120を利用して第1ソース電源および第2ソース電源から入力される交流電源を選択的にオン/オフ(ON/OFF)したり、スイッチング(Switching)方式を利用して入力される交流電源を多重化してもよい。
監視部110は、電源供給装置100に入力される交流電源を監視する。例えば、監視部110は、第1ソース電源から入力される交流電源の電圧と電流および第2ソース電源から入力される交流電源の電圧と電流をそれぞれセンシング(Sensing)し、センシングされた値を制御部140に送信してもよい。
一方、リレー120は、制御部140から送信される切換信号に応じて、電源供給装置100に入力される交流電源を第1ソース電源および第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換える。前記リレー130は、一例として、無接点リレー(SSR:Solid State Relay)であってもよい。
直流電源供給部130は、リレー120によって多重化されて供給される交流電源を直流電源に変換し、ラックに配置された複数のサーバに供給する。一例として、直流電源供給部130は、電源供給装置100に供給される220Vの交流電源を12V/100Aの直流電源に変換させてもよい。このとき、直流電源供給部130は、供給される交流電源を直流電源に変換させる複数のPSU(Power Supply Unit)を含んでもよい。前記PSUは並列に連結し、ラック単位で直流電源を供給してもよい。
一例として、1つのラックに20Aの電源容量をもつ20個のサーバが含まれる場合に、前記ラックは合計400Aの電源容量を要求する。したがって、1つのラックに含まれた20個のサーバを稼動させる場合に、直流電源供給部130は200Aの直流電源容量を提供する5個のPSUを含み、いずれか1つのPSUが誤作動を起こした場合でも残りの4個のPSUによって400Aの直流電源容量が提供されるようにすることにより、効率的な電源がラックに供給されるようにしてもよい。
制御部140は、監視部110から受信した監視結果に応じて、交流電源の供給を第1ソース電源および第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換える切換信号を生成し、これをリレー120に送信する。一例として、制御部140は、予め設定された時間以上(例えば、50ms以上)に第1ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を第1ソース電源から第2ソース電源に切り換えてもよい。同じように、
制御部140は、予め設定された時間以上に第2ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を第2ソース電源から第1ソース電源に切り換えてもよい。
一方、他の実施形態として、制御部140は、複数のソース電源から電源供給装置100に供給される交流電源を管理する機能を備え、監視結果に応じて交流電源の供給を前記第1ソース電源および前記第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換えてもよい。
制御部140によって交流電源の供給が切り換わると、その瞬間に入力電圧が遮断されてPSUが動作を停止するようになり、出力電源に電圧降下現象(Dip現象)が発生するようになる。これを防ぐために、電源供給装置100は、交流電源が切り換わるときにラックに設置された複数のサーバに直流電源を供給する瞬間電源供給部(図3の350)をさらに備えてもよい。
一例として、瞬間電源供給部は、キャパシタ(Capacitor)およびリチウムポリマー電池(Lipolymer battery)のうち少なくとも1つを備えてもよい。この場合に、瞬間電源供給部は、交流電源が切り換わるときに、キャパシタまたはリチウムポリマー電池に充電された直流電源を供給してもよい。キャパシタやリチウムポリマー電池などを充電させるときには、PSUに供給される直流電源に影響が及ぶことがある。これを遮るために、瞬間電源供給部は、ダイオードおよびFET(Field Effect Transistor)のうち少なくとも1つを利用してもよい。
制御部140は、このように交流電源を切り換えた後、予め設定された時間(例えば、5分〜10分)の間に切換状態を維持させ、供給される交流電源を監視してもよい。監視した結果、不安定な交流電源が供給されたソース電源から正常に交流電源が入力されると、制御部140は再び元の状態に電源を切り換えてもよい。
直流電源供給部130から供給される直流電源は、統合機(図3の360)によって統合されて分配されてもよく、該当するインタフェースボード(図7の820)との連結によってサーバそれぞれに供給されてもよい。前記インタフェースボードは、初期電源の印加時にサーバで発生する突入電流による電圧降下現象を防いでもよく、既存の直流電力伝達に基づくデータセンターに適用されてもよい。一例として、本発明に係るインタフェースボードは着脱式(モジュール式)で実現され、既存のサーバからPSUを抜いた空間に結合されてもよい。
一方、電源供給装置100は、ラックに設置された複数のサーバの運用状態をモニタリングし、前記サーバの運用状態に応じて直流電源供給部に含まれる複数のPSUをそれぞれ活性化または非活性化させる遠隔電源監視部をさらに備えてもよい。前記遠隔電源監視部はカメラや温度センサなどを備え、サーバの稼動状態や出力状態などを遠隔でモニタリングしてもよい。
図2は、本発明の一実施形態において、電源供給装置の動作過程を説明するための図である。以下、図2を参照しながら、2つのソース電源から第1交流電源および第2交流電源が入力される場合を例示して説明する。
監視部110は、第1交流電源の電圧と電流をセンシングする第1C/Tおよび第2交流電源の電圧と電流をセンシングする第2C/Tを利用してそれぞれの交流電源をセンシングし、センシングされた値を制御部140に送信してもよい。
監視した結果、第1交流電源および第2交流電源がすべて安定的な場合には、前記第1
交流電源および前記第2交流電源はリレー120によって直流電源供給部130に供給されてもよい。
直流電源供給部130は、図2に示すように、複数のPSU(第1PSU〜第8PSU)を含んでもよい。それぞれのPSUは、一定の電流分配になるように並列に使用されることによって発熱を最小化し、PSUの不良による問題発生を事前に防ぐことができる。また、既存の電源供給装置は、各サーバの個別のPSUにAC電源を印加させて独立的な動作をする形態で実現されているため、停電や過負荷などの不安定な電源が入力される場合にはサーバにデータの損失が発生するようになるが、本発明に係る電源供給装置は、ソース電源が異なる第1交流電源および第2交流電源をリレー120によってそれぞれのPSUに供給することにより、停電などによって不安全な電源が印加される場合にはリレー120を制御し、入力電源が安定的な方に切り換えるようにする。
このためにリレー120は、一例として、第1交流電源を切り換える第1〜第4リレーと第9〜第12リレー、および第2交流電源を切り換える第5〜第8リレーと第13〜第16リレーを含んでもよい。前記リレー120は、制御部140から送信される切換信号に応じて、直流電源供給部130に供給される交流電源を第1ソース電源および第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換えてもよい。
制御部140は、監視部110からのセンシング値に基づいて直流電源供給部130に供給される第1交流電源および第2交流電源を監視してもよい。このとき、制御部140は、第1交流電源が不安定であると、第1〜第4リレーおよび第9〜第12リレーを切り換えて第2交流電源だけが直流電源供給部130に供給されるようにし、第2交流電源が不安定であると、第5〜第8リレーおよび第13〜第16リレーを切り換えて第1交流電源だけが直流電源供給部130に供給されるようにしてもよい。
この後、制御部140は、入力電圧が切り換わった状態で第1交流電源および第2交流電源を監視し続け、不安定な電源が供給された交流電源が入力されたソース電源から交流電源が正常に入力される場合には、再び自身の電圧が入力されるように交流電源の入力を元の状態に切り換えてもよい。このとき、制御部140は、電圧降下現象(Dip現象)の発生を防ぐために、直流電源を供給したキャパシタまたはリチウムポリマー電池が充電時間をもたなければならないため、約30秒のディレイをもって交流電源の入力を元の状態に切り換えてもよい。
図3は、本発明の一実施形態において、電源供給装置の詳細構成を示した図である。図4は、本発明の一実施形態において、第1ソース電源から不安定な電源が入力される場合に、第2ソース電源に電源供給を切り換える過程を示した例示図である。
過負荷や停電などによって電源が不安定に供給される場合には、サーバに記録されたデータが損失することがあるため、これを防ぐために、電源供給装置は、互いに異なるソース電源から交流電源を多重化して供給を受けてもよい。図3には、一例として、入力電源が第1交流電源および第2交流電源で二重化したものが示されている。
第1交流電源および第2交流電源が供給されると、監視部110は、第1C/T(310)および第2C/T(320)を利用して第1交流電源および第2交流電源それぞれの電圧と電流をセンシングし、センシング値を制御部140に送信する。
リレー120は、図3に示すように、複数の無接点リレー(Relay1〜Relay16)で実現され、直流電源供給部130に含まれるそれぞれのPSU(PSU1〜PSU8)に第1交流電源および第2交流電源を伝達する。図3には、一例として、第1交流
電源が第1リレー〜第4リレーおよび第9リレー〜第12リレーによって第1PSU〜第8PSUに供給され、第2交流電源が第5リレー〜第8リレー、第13リレー〜第16リレーによって第1PSU〜第8PSUに供給されるものを示しているが、前記リレーおよび前記PSUの数は必要に応じて変形して実施されてもよい。
第1交流電源および第2交流電源がすべて安定的な場合には、図4(a)に示すように、第1交流電源および第2交流電源は、リレー120によって直流電源供給部130に供給されてもよい。しかし、図4(b)に示すように、第1交流電源が安定的でない場合には、制御部140の切換信号に応じて第1リレー〜第4リレーおよび第9リレー〜第12リレーが直流電源供給部130に供給される第1交流電源を第2交流電源に切り換えてもよい。
このために、制御部140は、監視部110から受信したセンシング値に基づいて交流電源の供給を第1ソース電源および第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換える切換信号を生成し、これを該当のリレーに送信してもよい。
一例として、制御部140は、予め設定された時間以上(例えば、50ms以上)に第1ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を第1ソース電源から第2ソース電源に切り換えてもよい。同じように、制御部140は、予め設定された時間以上に第2ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を第2ソース電源から第1ソース電源に切り換えてもよい。
制御部140によって交流電源の供給が切り換わると、その瞬間に入力電圧が遮られてPSUが動作を停止するようになり、負荷量が瞬間的に上昇することによって出力電源に電圧降下現象(Dip現象)が発生するため、瞬間電源供給部350はこれを防ぐために、直流電源供給部130に供給される交流電源が切り換わるときにラックに直流電源を供給する。前記瞬間電源供給部350は、一例として、直流電源供給部130に供給される交流電源が切り換わるときに、キャパシタまたはリチウムポリマー電池に充電された直流電源をラックに供給してもよい。
瞬間電源供給部350は、二重化した交流電源を、直流電源に整流する整流回路と整流した直流電源が一定の電圧を維持するようにする定電圧回路を含んでもよい。また、キャパシタまたはリチウムポリマー電池を充電するときにPSUに影響が及ぶことを遮るために、ダイオードまたはFETを含んでもよい。したがって、瞬間電源供給部350は、入力される交流電源のうちいずれか一方に問題が生じても、正常な電源でキャパシタまたはリチウムポリマー電池を充電させてもよい。このように、直流電源でキャパシタまたはリチウムポリマー電池を充電せずに別途の電源を利用する理由は、初期電源の投入時に充電素材の特性がショート値をもつため、出力を直ぐに連結するようになるとPSU電源出力が瞬間ショートするような現象が発生し、出力が正常に出力されないためである。これを補うために、瞬間電源供給部350は、充電素材とPSU出力の間の電気的なスイッチを利用し、充電素材が一定の水準までは交流電源によって充電されるようにし、それを超えるとスイッチを連結して出力と連動するようにしてもよい。
一方、制御部140は、第3C/T(330)を利用して直流電源供給部130に含まれた第1PSU〜第8PSUの状態を監視し、サーバ運用容量に応じてそれぞれのPSUを活性化または非活性化させることにより、電源供給装置の効率を常に最大値で維持できるようにしてもよい。そして、前記制御部140に連結する表示部340を利用することにより、第1交流電源、第2交流電源、および第1PSU〜第8PSUに関する情報が表示されるようにしてもよい。また、制御部140は、遠隔電源監視装置に第1交流電源、第2交流電源、および第1PSU〜第8PSUに関する情報を送信してもよく、遠隔電源
監視装置から切換信号を受信してもよい。
制御部140は、直流電源供給部130に供給される交流電源が切り換わると、予め設定された時間(例えば、5分〜10分)の間に切換状態を維持させ、交流電源供給部110から供給される交流電源を監視してもよい。監視した結果、不安定な交流電源が入力されたソース電源から正常に交流電源が入力されると、制御部140は再び元の状態に電源を切り換えてもよい。
直流電源供給部130から供給される直流電源は、統合機360によって統合された後、ラックに設置されたそれぞれのサーバに供給されてもよい。
従来の電源供給装置は、それぞれのサーバに個別電源を使用し、電源装置に問題が起こった場合にはサーバ運用に致命的な影響を与える形態で構成されており、PSUの効率は個別に使用される電源装置の状態に応じて効率が変動し、最大の効果が得られない形態で構成されていた。しかし、本発明に係る電源供給装置は、上述したように、複数のPSU(第1PSU〜第8PSU)を並列に使用して一定の電流分配がなされるように発熱を最小化することができ、PSUの不良による問題発生を事前に防ぐことができる。さらに、遠隔電源監視部を利用し、サーバの運用状態に応じてそれぞれのPSUを活性化または非活性化させることにより、電源供給装置が常に最上の状態になるように維持することができる。
また、従来の電源供給装置は、各サーバの個別のPSUに交流電源を印加させて独立的な動作をする形態で実現されており、停電などのような不安定な入力電源に対する対備策がなかったが、本発明に係る電源供給装置は、ソース電源が異なる2つの入力電源(第1交流電源および第2交流電源)をリレー120を経てそれぞれのPSUに供給されるようにすることにより、停電のような不安全な電源が印加されるときに、制御部140または遠隔電源監視部からの切換信号に応じて入力電源が安全な方に切り換わるようにし、予め設定された時間(例えば、5〜10分)程度の間に切換を維持しながら入力電源を監視することにより、異常が発生したソース電源から正常に電源が供給されると再び元の状態に電源が切り換わるようにする。
一方、瞬間電源供給部350は、入力電源が切り換わるときに瞬間的に直流電源を供給するために、リチウムポリマー電池またはキャパシタを含んでもよい。一般的なバッテリーを利用して直流電源を供給する場合には、体積の問題と特性上、充/放電あるいは自然放電による寿命短縮によって周期的な点検が必要となり、一定期間が経過すると維持補修および管理費用を無視することはできない。さらに、一般的なバッテリーは特性上として公称電圧をもっており、一定の電圧までは瞬間的に電圧が放電する特性をもっているが、これを補うために、公称電圧まで充電させるとバッテリーの寿命が短くなる原因となり、バッテリー電圧を満充させるとDip現象の発生時にバッテリーの電圧が瞬間公称電圧まで放電してサーバがリセットする現象が発生することがある。したがって、半永久的に使用することができるキャパシタを利用することによって管理費用や維持補修費用を減らすことができ、充電された電圧まで無理なく使用が可能となり、バッテリーに比べて充電時間を短縮することができる。
また、本発明に係る電源供給装置は、制御部または遠隔電源監視部を利用してリアルタイム管理が可能であり、サーバの使容量に応じてそれぞれのPSUを活性化あるいは非活性化させることによって不必要な電力消耗を減らすことができ、入力電圧あるいは電流を感知することにより、入力電圧が不安定な場合にはリレーによって入力電源を切り換えた後に入力電圧を一定時間内で監視し、正常に復帰すると切り換わった電源を再び元の状態に復帰させることにより、入力にかかる負荷が分担されるようにできる。
図5は、本発明の一実施形態において、瞬間電源供給部を示した回路図である。図6は、瞬間電源供給部を詳細に示した回路図である。図7は、本発明の一実施形態において、直流電源の負荷量と交流電源の稼動容量を示したグラフである。
瞬間電源供給部350は、一例として、図5に示すように、スーパーキャパシタが直列に連結したものであってもよく、必要に応じては、交換作業が容易なように一定の容量に区分されたパッケージを着脱可能なように実現してもよい。スーパーキャパシタは、自身の電圧耐力よりも出力電圧が高いと焼損することがあるため、スーパーキャパシタを直列に連結して出力電圧よりも高くなるように構成してもよい。一方、瞬間電源供給部350は、スーパーキャパシタを充電するときにPSUに影響が及ぶことを遮るために、ダイオードまたはFET510を備えてもよい。
また、瞬間電源供給部350は、図5に示すように、前段にスーパーキャパシタに直流電源を充電させるための別途の整流回路と二重化した交流電源を直流電源に整流する整流回路と定電圧回路を含んでもよい。したがって、瞬間電源供給部350は、入力される交流電源のうちいずれか一方に問題が起こっても、正常な電源をスーパーキャパシタに充電させることができる。このように、直流電源でスーパーキャパシタを充電させずに別途の電源を利用する理由は、初期電源の投入時にスーパーキャパシタの特性がショート値をもつため、出力を直ぐに連結するようになるとPSU電源出力が瞬間にショートするようになるという現象が発生し、出力が正常に出力されないためである。これを補うために、瞬間電源供給部350は、スーパーキャパシタとPSU出力の間の電気的なスイッチを利用することにより、スーパーキャパシタが一定の水準までは交流電源によって充電されるようにし、それを越えるとスイッチを連結して出力と連動するようにしてもよい。
一方、入力電源が切り換わると、図7に示すグラフのD領域のように負荷量が瞬間的に上昇することによってDip現象が発生する。これを補うために、瞬間電源供給部は、入力電源が切り換わるときに、リチウムポリマー電池またはキャパシタに充電された直流電源を直流電源供給部の代わりに瞬間的に供給してもよい。
図8は、本発明の一実施形態において、電源供給装置がラックに設置された複数のサーバに直流電源を供給する過程を説明するための図である。
複数のソース電源から電源供給装置100に入力された220Vの交流電源は、リレー120によって多重化されて直流電源供給部130に供給されてもよい。前記リレー120は、複数の交流電源入力を選択的にオン/オフ(ON/OFF)制御したり、スイッチング(Switching)方式を利用して交流電源の入力を多重化してもよい。
直流電源供給部130は、リレー120によって供給された交流電源を直流電源に変換する。一例として、直流電源供給部130は、交流電源を約12V/100Aの直流電源に変換させてもよい。前記直流電源供給部130は、交流電源を直流電源に変換させる複数のPSUで構成されてもよい。
統合機360は、直流電源供給部130で変換された直流電源を統合するが、一例として、統合機360は、電源を伝達するための伝導体であるバスバー(Bus Bar)によって直流電源供給部130と互いに連結してもよい。一方、統合機360は、安定的な電源供給のために、直流電源供給部130から供給される直流電源が約24V以内または12Vの直流電源に分配されるようにしてもよい。
ラック800には、統合機360によって供給される直流電源の提供を受ける少なくと
も1つ以上のサーバ810が含まれてもよい。前記サーバ810は、図8に示すように、それぞれインタフェースボード820によって電源供給装置100と連結してもよい。
前記インタフェースボード820は、統合機360によって提供された直流電源をサーバ810に供給するためのものであって、ケーブルのような連結ラインを単純化させてもよい。統合機360とインタフェースボード820は、1対1ケーブルで直接連結してもよい。
また、インタフェースボード820は、突入電流保護回路を含むことによって初期電源の印加時にサーバ810で発生する突入電流による電圧降下現象を防いでもよく、既存の直流電源伝達を基盤とするサーバに適用されてもよい。
一方、インタフェースボード820は、ノイズ除去回路を備えてもよい。
一例として、本発明に係る電源供給装置100は、それぞれのサーバ810に適したインタフェースボード820を利用することにより、ラック800に設置された複数のサーバ810に直流電源を供給してもよい。すなわち、本発明に係る電源供給装置100は、前記インタフェースボード820の使用によって一般的なサーバにも直接的に直流電源を供給し、したがってラック800には多様な種類のサーバ810が追加されてもよい。
インタフェースボード820の後面は、エポキシ系列などの絶縁体を含んで構成されてもよい。このようなインタフェースボード820の絶縁体(図示せず)は、高電流に対する安全を確保することができる一種のカバーの役割と、インタフェースボード820がサーバ810の内側メインボード(図示せず)と接続するようにガイドする役割を実行することにより、インタフェースボード820の安全かつ正確な接続を可能にする。
一方、本発明に係る電源供給装置100は、瞬間電源供給部(便宜上により図示しなかったが、図3の350)を含んでもよい。上述したように、瞬間電源供給部は、直流電源供給部130と連結するスーパーキャパシタで実現されてもよい。瞬間電源供給部350は直流電源が充電されてもよく、非常時には各サーバ810に電源を供給してもよい。
具体的に、瞬間電源供給部は、直流電源供給部130の負荷量が瞬間的に上昇することによって直流電源供給部130が瞬間的な変動に直ぐに対応することができず、一定時間の遅延後に緩慢に変動に対応することにより、発生するDIP現象を補ってもよい。このとき、瞬間電源供給部は、インタフェースボード820に直流電源を供給して安定的な電源供給が確保されるようにしてもよい。
また、瞬間電源供給部は、複数のソース電源から供給される交流電源のうちいずれか1つに障害が発生する場合に、当該ソース電源の代わりに安定的な交流電源を供給する他のソース電源に交流電源の供給を転換させるにあたって発生することがある転換時間遅延よる瞬間停電発生に対応して直流電源を供給してもよい。すなわち、瞬間電源供給部は、瞬間停電発生のような供給電源が異常発生する場合には、応急的にサーバ820に電源を供給して安定的な電源供給がなされるようにしてもよい。
図9は、本発明のさらに他の実施形態において、電源供給装置がラックに設置された複数のサーバに直流電源を供給する過程を説明するための図である。
図9を参照すると、電源供給装置は、さらに他の実施形態として、供給部910、変換部920、および分配部930を備えてもよい。
供給部910は、少なくとも1つの交流(AC:Alternating Current)電力を供給する。例えば、供給部910は、220Vの交流電力を供給してもよい。一方、供給部910は、詳細には示されていないが、多重に交流電力を供給するように構成されてもよく、この場合に、供給部910は、複数の交流電力の入力を選択的にオン/オフ(ON/OFF)制御したり、スイッチング(Switching)方式を利用して交流電力の入力を多重化してもよい。
変換部920は、供給部910から供給された交流電力を直流(DC:Direct Current)電力に変換させる。変換部920は、交流電力を約12V/100Aの直流電力に変換させてもよい。このとき、変換部920は、供給される交流電力を直流電力に変換させる複数の整流器921と、変換した複数の交流電力を統合する統合機922を備えてもよい。
分配部930は、変換部920で変換された直流電力を分配して過電流が印加することを制御する。分配部930は複数の分配器931を備え、直流電力を複数に分配させるにあって過電流が印加される場合に直流電力の分配を遮る。分配部930は、変換部920と電気的エネルギーを伝達するための伝導体であるバスバー(B)(Bus Bar)によって互いに連結してもよい。
一方、分配部930から分配された直流電力は、安定的な電力供給を確保するために、約24V以内、好ましくは12V電圧が約18Aの大きさをもってラック800に提供されてもよい。
ラック800には、分配部930によって分配された直流電源の提供を受ける少なくとも1つ以上のサーバ810が備えられてもよい。ここで、サーバ810は、分配部930が備える10個の分配器931それぞれに対して少なくとも2倍以上の割合で連結されて直流電力の提供を受けてもよい。図9には、1つの分配器931に対して2つのサーバ810が連結するものが示されているが、これにより、ラック800には10個の分配器931に対応して20個のサーバ810が含まれることが示されている。
サーバ810は、それぞれインタフェースボード820によって電源供給装置と連結してもよい。インタフェースボード820は、電源供給装置から提供された直流電源をサーバ810に供給するための一種の接続手段であって、ケーブルのような連結ラインを単純化させてもよい。
このようなインタフェースボード820の一側は、分配部930から直流電源の供給を受ける。このとき、インタフェースボード820と分配部930の連結部品には、詳細に示されてはいないが、高電流用コネクタおよび過電流防止ヒューズ(Fuse)が設けられてもよい。インタフェースボード820の他側はサーバ810の図示されていないメインボードと接続しており、分配部930から供給された電源をサーバ810に供給してもよい。このとき、インタフェースボード820の他側は、サーバ810の電源供給ユニット(PSU:Power Supply Unit)と類似するソケット(Socket)構造をもってもよく、詳細には示されていないが、ノイズ除去回路がさらに備えられてもよい。
図10は、本発明の一実施形態において、ラックに電源供給装置が設置された状態を示した例示図である。図11は、本発明の一実施形態において、電源供給装置を示した斜視図である。
図10に示すように、1つのラック800には1つの電源供給装置100が格納されて
もよい。電源供給装置100は、上述したように、リレー120、直流電源供給部130、統合機360などを備えてもよく、統合機360は、直流電源供給部130から供給される直流電源をインタフェースボード820を通じてラック800に設置された各サーバ810に供給してもよい。
このとき、電源供給装置100は、ラック800の上部または中央部に位置してもよい。一例として、図10に示すように、電源空気装置100がラックの中央部に位置する場合には、ラック800に設置された複数のサーバ810のうち最上端と最下端に位置するサーバの間では約0.2〜0.3Vの電圧ドロップ(Drop)が発生することがある。これを償うために、直流電源供給部130は、0.3Vだけ直流電源の出力を増加させてもよい。
一方、1つのラック800に20Aの電源容量をもつ20個のサーバ810が含まれる場合に、前記ラック800は合計400Aの電源容量が必要となる。したがって、20個のサーバ810を初期稼動する場合には、直流電源供給部130から供給される直流電源の容量である500Aの80%で動作が可能となる。例えば、直流電源供給部130が200Aの直流電源容量を提供する5つのPSUを含む場合には、いずれか1つのPSUが誤作動を起こした場合でも残りの4つのPSUが400Aの直流電源容量を提供することができるため、サーバ810に安定的に電源が供給されるようになる。これだけでなく、正常作動状態で複数のサーバ810のうち1台の負荷が約12Aであると仮定する場合には、20個のサーバ810では約240Aの直流電源容量が要求されることにより、直流電源供給部130が400Aの直流電源容量を供給しても約60%の負荷動作が可能となる。したがって、本発明に係る電源供給装置は、このような構成によって電源供給の安全性を確保することができる。
一方、本発明に係る電源供給装置は、一例として、図11に示すように、リレー120、直流電源供給部130、制御部140、瞬間電源供給部350などを内蔵する1つの装置で実現され、それぞれラックに格納されてもよい。
図12は、本発明の一実施形態において、インタフェースボードを示した回路図である。
インタフェースボードは、直流電源をサーバに供給する一方、サーバに初期電源を印加するときにサーバから発生する突入電流が最小限に発生するように制御し、突入電流によってDip現象が発生することを防ぐことによって安定した電源が供給されるようにする。
このため、図12に示すように、入力端にスイッチを追加して最終出力端での問題発生時に電源を遮断するようにしてもよい。また、電源変換部を追加して補助電源(一例として、3.3Vなど)が追加で安定にサーバに供給されるようにしてもよい。
インタフェースボードのコネクタは、サーバに連結が可能な製品が適用されてもよい。
図13は、本発明の一実施形態において、インタフェースボードを示した斜視図である。
インタフェースボードは、一例として、図13に示すように、交流電源を直流電源に変換する外部電源供給装置から直流電源の入力を受ける入力部1310、および前記入力を受けた直流電源をラック(Rack)に配置されたサーバに供給する供給部1320を備え、既存のPSUの代わりにラック単位で配置されたサーバそれぞれに直接連結してもよい。このとき、インタフェースボードは、サーバのDC容量とサーバとの接続方式に応じて相違するように製作されてもよい。
インタフェースボードは、サーバへの初期電源の印加時にサーバで発生する突入電流による電圧降下現象を防ぐ突入電流保護部1330を備えてもよい。この場合、突入電流保護部1330には、突入電流よりも高い電流が入力する場合にこれを遮断するヒューズが備えられてもよい。
また、図13には示されていないが、インタフェースボードは、供給部1320によって電流が入力される場合に電源を遮断するスイッチを備えてもよい。これだけでなく、インタフェースボードは、外部電源供給装置から供給される直流電源を予め設定された電圧に変換する電源変換部を備え、補助電源が追加で安定するようにサーバに供給されるようにしてもよい。
一方、インタフェースボードは、突入電流防止回路の放熱とグラウンド(GND:Ground)保障のためのバスバー1340を備えてもよく、インタフェースボードの後面はエポキシ系列の絶縁体で構成されてもよい。また、インタフェースボードには、サーバに電源が供給される状態を確認して調整するための状態表示点灯LEDが備えられてもよい。
図14は、本発明の一実施形態において、電源供給方法を示したフローチャートである。
電源供給装置は、データセンターに配置されたラック(Rack)単位で安定的な直流電源が供給されるようにする一方、電源の効率が最上の状態で維持されるようにするために複数の互いに異なるソース電源から交流電源の入力を受け、これを多重化する(1410)。
このとき、電源供給装置の監視部は、前記ソース電源から供給される交流電源を監視する(1420)。一例として、電源供給装置の入力電源が第1交流電源と第2交流電源で二重化されている場合、監視部は、第1交流電源の電圧と電流および第2交流電源の電圧と電流をそれぞれセンシング(Sensing)し、センシング値を制御部に送信してもよい。
電源供給装置の制御部は、監視部から受信したセンシング値に基づいて第1交流電源または第2交流電源に電源障害が発生することを感知すると(1430)、交流電源の供給を正常動作中であるソース電源に切り換える切換信号を生成し、これをリレーに送信することによって安定的に交流電源が供給されるようにする(1440)。リレーは、制御部から送信される切換信号に応じて、交流電源供給部から供給される交流電源を第1ソース電源および第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換えるが、一例として無接点リレーであってもよい。
電源供給装置の制御部は、一例として、予め設定された時間以上(例えば、50ms以上)に第1ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を第1ソース電源から第2ソース電源に切り換えてもよく、同じように、予め設定された時間以上に第2ソース電源から不安定な交流電源が入力される場合には、交流電源の供給を第2ソース電源から第1ソース電源に切り換えてもよい。
交流電源の供給が切り換われば、その瞬間に入力電圧が遮られてPSUが動作を停止するようになり、出力電源にDip現象が発生するようになる。これを防ぐために、電源供
給装置の瞬間電源供給部は、交流電源の供給が切り換わるときに、キャパシタまたはリチウムポリマー電池に充電された直流電源をサーバに供給してもよい。キャパシタやリチウムポリマー電池などが充電されるときには、PSUに供給される直流電源に影響が及ぶことがあるため、これを遮るために、瞬間電源供給部は、ダイオードおよびFET(Field Effect Transistor)のうち少なくとも1つを利用してもよい。
一方、制御部は、このように交流電源の供給を切り換えた後、予め設定された時間(例えば、5分〜10分)の間に切換状態が維持されるようにし、交流電源供給部から供給される交流電源を監視してもよい。監視した結果、不安定な交流電源が入力されたソース電源から再び正常に交流電源が入力されることが確認されると、制御部は再び元の状態で電源が供給されるように切り換えてもよい。
このような過程によって供給される交流電源は、直流電源供給部によって直流電源に変換され、ラックに配置された複数のサーバに供給されてもよい(1450)。このとき、直流電源供給部は、供給される交流電源を直流電源に変換させる複数のPSUを備えてもよい。前記PSUは並列に連結し、複数のサーバに直流電源を供給してもよい。
直流電源供給部から供給される直流電源は、統合機によって統合された後、ラックに配置された複数のサーバに分配されて供給されてもよい。電源供給装置とサーバを連結するインタフェースボードが初期電源の印加時に前記サーバで発生する突入電流による電圧降下現象を防ぎ、サーバの各構成要素に電源を供給してもよい。前記インタフェースボードは、既存の直流電源伝達を基盤とするサーバに適用されてもよい。
一方、ラックに設置された複数のサーバの運用状態は、遠隔電源監視部を利用してモニタリングしてもよい。前記遠隔電源監視部は、サーバの運用状態に応じて直流電源供給部に含まれる複数のPSUをそれぞれ活性化または非活性化させてもよい。
以上のように、実施形態を限定された実施形態と図面に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、上述した記載から多様な修正および変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に極限されて定められてはならず、添付の特許請求の範囲だけではなく、特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。

Claims (14)

  1. 複数のソース電源から供給される交流電源を切り換えるリレーと、
    前記切り換わった交流電源を直流電源に変換し、並列に連結され、Nの負荷それぞれに対応して接続されるNのPSU(Power Supply Unit)を備える直流電源供給部と、
    前記ソース電源から供給される交流電源に対する監視結果に基づいて前記リレーが前記ソース電源を切り換えるように切換信号を生成する制御部と、
    ソース電源が所定の条件を満たさない場合に前記制御部によって前記ソース電源から供給される交流電源が切り換えられるときに、複数のサーバに直流電源を供給して電圧降下現象の発生を防ぐ瞬間電源供給部と、を備える、電源供給装置。
  2. 前記ソース電源から入力される交流電源を監視する監視部をさらに備える、
    請求項1に記載の電源供給装置。
  3. 前記交流電源の切り換えが所定期間のディレイをもって行われる、
    請求項1に記載の電源供給装置。
  4. 前記制御部は、
    前記供給される交流電源を前記第1ソース電源および前記第2ソース電源のうちいずれか1つに切り換えた後、予め設定された時間の間に切換状態を維持させ、以後に前記不安定な交流電源が入力されたソース電源から交流電源が正常に入力される場合には、前記交流電源の供給を元の状態に切り換える、請求項1に記載の電源供給装置。
  5. 前記瞬間電源供給部は、
    キャパシタ(Capacitor)およびリチウムポリマー電池(Li polymer battery)のうち少なくとも1つで構成される、
    請求項1に記載の電源供給装置。
  6. 前記キャパシタはスーパーキャパシタであり、
    前記スーパーキャパシタが直列に連結される、
    請求項5に記載の電源供給装置。
  7. 瞬間電源供給部は、
    充電時にダイオードおよびFET(Field Effect Transistor)のうち少なくとも1つを利用し、前記供給される直流電源に及ぶ影響を遮る、
    請求項1に記載の電源供給装置。
  8. 前記瞬間電源供給部が二重化した交流電源を、直流電源に整流する整流回路と整流した直流電源が一定の電圧を維持するようにする定電圧回路を含む、請求項1に記載の電源供給装置。
  9. サーバの運用状態をモニタリングし、前記サーバの運用状態に応じて前記複数のPSUをそれぞれ活性化または非活性化させる遠隔電源監視部をさらに備える、請求項1に記載の電源供給装置。
  10. ラック(Rack)に配置された複数のサーバに供給される直流電源を統合して分配する統合機をさらに備える、請求項1に記載の電源供給装置。
  11. 前記サーバごとにそれぞれ設置され、前記分配された直流電源を前記サーバに供給するインタフェースボードをさらに備える、請求項10に記載の電源供給装置。
  12. 前記インタフェースボードは、
    前記サーバへの初期電源の印加時に前記サーバで発生する突入電流による電圧降下現象を防ぐ突入電流保護回路を備える、請求項11に記載の電源供給装置。
  13. 前記インタフェースボードの他側は、ソケット構造を有し、
    前記インタフェースボードの他側は、ノイズ除去回路がさらに備える請求項11に記載の電源供給装置。
  14. 電源供給装置が電源を供給する方法であって、
    複数のソース電源から供給される交流電源を切り換え、
    並列に連結され、Nの負荷それぞれに対応して接続されるNのPSU(Power Supply Unit)を備える直流電源供給部を利用して前記切り換わった交流電源をそれぞれ直流電源に変換し、
    前記ソース電源から供給される交流電源に対する監視結果に基づいてリレーが前記ソース電源を切り換えるように切換信号を生成し、
    ソース電源が所定の条件を満たさない場合に前記制御部によって前記ソース電源から供給される交流電源が切り換えられるときに、複数のサーバに直流電源を供給して電圧降下現象の発生を防ぐこと
    を含む、電源供給方法。
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