KR101152604B1 - Direct current electric power supply system - Google Patents

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Abstract

서버에 직류 전력을 공급하기 위한 직류 전력 공급 시스템이 제공된다. 직류 전력 공급 시스템은 정류기, 서버 및 배터리를 포함하며, 정류기는 교류 전력을 입력받아 직류 전력을 생성하여 서버에 공급한다. 직류 전력 공급 시스템에서는 다단계의 전력 변환 과정을 거치지 않고 서버에 직접적으로 직류 전력을 공급한다. 따라서, 서버에서 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 필요가 없는 구조로 되어 있다. 또한, 정전시에는 예비 전력용 배터리를 통하여 서버에 무순단으로 전원을 공급한다. 이와 같은 직류 전력 공급 시스템에 따르면, 종래의 복잡한 전력 공급 시스템의 구조를 단순하게 하고 효율을 증대시키는 한편 안정적인 직류 전력을 공급하는 것이 가능하다. 직류 전력 공급 시스템은 대용량 데이터 서버를 수용하는 인터넷 데이터 센터에서 사용될 수도 있다.A DC power supply system for supplying DC power to a server is provided. The DC power supply system includes a rectifier, a server, and a battery. The rectifier receives AC power and generates DC power to supply the server. In the DC power supply system, DC power is directly supplied to the server without going through a multi-step power conversion process. Therefore, the server does not need to convert AC power into DC power. In addition, in the event of power failure, the server is supplied with power through a spare power battery. According to such a DC power supply system, it is possible to simplify the structure of the conventional complex power supply system, increase efficiency, and supply stable DC power. DC power supply systems may be used in Internet data centers that house large data servers.

직류 전력 공급 시스템, 데이터 서버, 정류기, 인터넷 데이터 센터 DC power supply system, data server, rectifier, internet data center

Description

직류 전력 공급 시스템 {DIRECT CURRENT ELECTRIC POWER SUPPLY SYSTEM}DC power supply system {DIRECT CURRENT ELECTRIC POWER SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 대용량 직류 전력을 공급하는 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 대용량 데이터 센터에서 사용되는 교류 전력 공급 시스템의 구성을 단순화하고 안정성 및 효율성을 증대시킨 직류 전력 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for supplying large capacity DC power. More specifically, the present invention relates to a DC power supply system that simplifies the construction of an AC power supply system used in a large data center and increases stability and efficiency.

인터넷의 급속한 발달과 함께 인터넷 관련 데이터를 저장하기 위한 데이터 서버와 이를 제공하고 관리하는 센터에 대한 요구가 급증하고 있다. 이와 같이 인터넷 데이터 서버를 제공 및 관리하는 센터를 인터넷 데이터 센터 (Internet Data Center; IDC) 라고 지칭한다. 인터넷 데이터 센터는 일반 기업이나 개인이 별도로 설치하기에는 부담이 되는 데이터 저장용 서버나 IT 장비들을 센터 내에 설치해두고, 기업이나 개인을 대상으로 장비들을 임대하거나 고객의 설비를 유치하여 운영 및 관리를 대행하는 서비스를 제공하고 있다.With the rapid development of the Internet, there is an increasing demand for data servers for storing Internet-related data and centers for providing and managing them. Such a center for providing and managing an Internet data server is referred to as an Internet data center (IDC). Internet data centers install data storage servers or IT equipment that are burdensome for general enterprises or individuals to install in the center, and lease equipment to customers or individuals, and operate and manage customers' facilities. Providing a service.

인터넷 데이터 센터를 선택하기 위한 조건으로서 서비스 품질의 신뢰성, 안정성, 비용 등이 고려될 수 있다. 인터넷 데이터 센터 품질의 신뢰성 및 안정성이 보장되는 인터넷 서비스를 제공하기 위해서는, 센터에서 운용하고 있는 대용량 설비들에 대한 대용량 전력의 지속적인 공급이 반드시 수반되어야 한다. 또 한, 인터넷 데이터의 급증에 따라 서버의 용량도 증대되었고, 이에 따라 서버로 공급되는 전력에 의해 발생되는 비용 부담 또한 매우 커지게 되어, 전력 비용 부담의 감소 또한 서비스 경쟁력 향상을 위한 조건으로서 크게 작용하게 되었다. 그리고, 서버 용량의 증대로 인해 서버가 차지하는 센터 면적이 커지게 되면서, 전력 공급 시스템을 비롯한 전반적인 설비의 단순화를 통한 설비 면적의 감소가 요청되었다.As a condition for selecting an Internet data center, reliability, stability, and cost of service quality may be considered. In order to provide Internet services that guarantee the reliability and stability of Internet data center quality, continuous supply of large-capacity power to large-capacity facilities operated by the center must be accompanied. In addition, the capacity of the server has increased due to the increase of the Internet data, and the cost burden caused by the power supplied to the server is also very large, and the reduction of the power cost burden also acts as a condition for improving the service competitiveness. Was done. In addition, as the center area occupied by the server is increased due to the increase in server capacity, a reduction in facility area is required through the simplification of the overall facility including the power supply system.

인터넷 데이터 센터에서 사용되는 종래의 대용량 전력 공급 시스템을 살펴보면, 통상적으로 하나 이상의 서버나 IT 장비들을 실장하는 서버 랙 (Server Rack) 에 교류 (AC) 전압의 전력을 공급하는 방식에 의해 동작한다. 이와 같은 교류 전압 전력 공급 방식으로는, 무정전 전원 (USP; Uninterruptible Power Supplies) 과 축전지에 의한 전력 공급 방식 (예를 들어, 380Vac 을 입력하여 220Vac 을 출력) 이 일반적으로 사용되어 왔다.Referring to a conventional large-capacity power supply system used in an Internet data center, it is typically operated by supplying an alternating current (AC) voltage to a server rack in which one or more servers or IT equipment are mounted. As such an AC voltage power supply system, an uninterruptible power supplies (USP) and a power supply system (for example, 220Vac input by inputting 380Vac) have been generally used.

종래 전력 공급 시스템에서, 무정전 전원 (UPS) 으로부터 발전된 교류 전력은 PDR (Power Distribution Rack) 또는 PDU (Power Distribution Unit) 로 지칭되는 전력 분배 장치를 통하여 서버나 IT 장비들이 실장된 서버 랙으로 공급된다. 서버나 IT 장비들은 그 내부에 전원장치 (PSU; Power Supply Unit) 를 포함하고, 이 전원장치 (PSU) 는 교류 전력을 공급받아 역률을 개선 (Power Factor Correction) 하고 로직 (Logic) 부품 또는 프로세서에 필요한 12V, 15V, 3.3V 등의 전압으로 변환한다.In a conventional power supply system, AC power generated from an uninterruptible power supply (UPS) is supplied to a server rack in which servers or IT equipment are mounted through a power distribution device called a power distribution rack (PDR) or a power distribution unit (PDU). Servers or IT equipment include a power supply unit (PSU) within them, which are supplied with alternating current power to improve power factor correction and provide logic components or processors Convert to 12V, 15V, 3.3V, etc. as needed.

이와 같은 종래의 교류 전력 공급 방식은, 전원 분배 랙 (PDR) 또는 전원 분 배 장치 (PDU) 를 통해 서버나 IT 장비로 전력을 공급하고 그 후 서버나 IT 장비 내부에서 역률 개선 및 AC/DC 변환을 거치는 다단계 전력 변환 과정이며, 이러한 다단계의 과정을 거치게 될 경우 전력 공급 시스템의 효율이 현저히 낮아지게 된다. 따라서, 인터넷 데이터 센터에서 사용되는 시스템과 같이 대용량의 전력을 필요로 하는 전력 공급 시스템에서는 전력 비용이 현저히 증가되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 구성이 복잡해지고 설비가 차지하는 면적도 커지게 되어 센터내 면적이 부족해지는 문제점도 발생하였다.This conventional AC power supply system provides power to a server or IT equipment through a power distribution rack (PDR) or power distribution unit (PDU) and then improves power factor and AC / DC conversion inside the server or IT equipment. This is a multi-stage power conversion process, and if the multi-step process is performed, the efficiency of the power supply system is significantly lowered. Therefore, a power supply system that requires a large amount of power, such as a system used in the Internet data center has a problem that the power cost is significantly increased. In addition, the configuration is complicated and the area occupied by the facility is also large, there is a problem that the area in the center is insufficient.

따라서, 구조를 단순화하여 전력소모와 시스템이 차지하는 면적을 줄이고 신뢰성을 더욱 향상시키는 구조를 갖는 대용량 전력 공급 시스템이 매우 필요하다.Therefore, there is a great need for a large-capacity power supply system having a structure that simplifies the structure, reduces power consumption and the area occupied by the system, and further improves reliability.

상술한 바와 같이 종래의 데이터 센터용 교류 전력 공급 시스템에 따르면 다단계 전력 변환을 거치기 때문에 전력 공급 효율이 감소되고 내부 시스템의 구성이 복잡해지며 시스템이 차지하는 면적이 커지는 문제점을 갖는다. 따라서, 본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하여 전력소모를 줄이면서도 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 직류 전력 공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 종래의 교류 전력 공급 시스템의 복잡성으로부터 탈피하여 시스템의 구성을 단순화하여, 포함되는 장치 감소로 비용을 절감하고 한정된 건물 공간을 최대한으로 이용할 수 있도록 건물 면적 대 전력 공급 비를 상승시키며, 시스템 효율을 최대화하는 전력 공급 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 일반적인 사용면에 있어서도 절연을 구현해 안정성을 확보하고 전력 공급 시스템 전체의 간략화를 이루는 것을 목적으로 한다.As described above, according to the conventional AC power supply system for a data center, power supply efficiency is reduced, the configuration of the internal system is complicated, and the area occupied by the system is increased due to the multi-stage power conversion. Accordingly, an object of the present invention is to provide a direct current power supply system that can further improve the reliability while reducing power consumption by solving the above conventional problems. In other words, it simplifies the configuration of the system to avoid the complexity of the conventional AC power supply system, reducing the cost of equipment included, increase the building area to power supply ratio to maximize the use of limited building space, system efficiency To provide a power supply system that maximizes. In addition, the object of the present invention is to implement insulation in a general use surface to secure stability and to simplify the entire power supply system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 직류 전력을 공급하는 시스템으로서,In order to achieve the above object, the present invention is a system for supplying DC power,

교류 전력을 입력받아 직류 전력을 생성 및 출력하는 정류기;A rectifier for receiving AC power to generate and output DC power;

대용량의 데이터를 처리하고 저장하기 위한 서버로서, 상기 정류기에서 출력되는 직류 전력을 직접적으로 공급받고, 상기 서버 내에 포함되어 있거나 연결되어 있는 부품들을 동작시키기 위해 상기 직류 전력을 사용하는, 상기 서버; 및A server for processing and storing a large amount of data, comprising: a server directly receiving DC power output from the rectifier and using the DC power to operate components included in or connected to the server; And

정전을 방지하기 위해 상기 서버로 예비 전력을 공급하는 배터리로서, 상기 정류기에 교류 전력이 공급되는 경우에는 상기 정류기로부터 출력되는 직류 전력 중 일부를 공급받아 상기 배터리를 충전하고, 상기 정류기에 교류 전력이 공급되지 않을 경우에 상기 배터리에 충전되어 있는 전력을 상기 서버에 직접적으로 공급하는, 상기 배터리를 포함한다.A battery that supplies spare power to the server to prevent a power failure. When AC power is supplied to the rectifier, the battery is charged with a portion of DC power output from the rectifier, and AC power is supplied to the rectifier. And a battery which directly supplies the server with power charged in the battery when it is not supplied.

바람직하게는, 상기 정류기는, Preferably, the rectifier,

상기 정류기로 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하며, 역률 개선 기능을 수행하는 PFC (Power Factor Correction) 회로를 포함하는, AC/DC 변환기; 및An AC / DC converter including a power factor correction (PFC) circuit for converting AC power input to the rectifier into DC power and performing a power factor correction function; And

상기 AC/DC 변환기로부터 출력되는 직류 전력을 원하는 레벨로 변환하여 출력하는 DC/DC 변환기를 포함한다.And a DC / DC converter for converting and outputting DC power output from the AC / DC converter to a desired level.

또한, 바람직하게는, 상기 정류기는, 상기 AC/DC 변환기와 상기 DC/DC 변환기 사이에 위치하며, 상기 AC/DC 변환기로부터 출력되는 직류 전력을 상기 DC/DC 변환기로 전달함으로써 상기 정류기의 입력 전력과 출력 전력이 절연되도록 하는, 변압기를 더 포함한다.In addition, preferably, the rectifier is located between the AC / DC converter and the DC / DC converter, the input power of the rectifier by transferring the DC power output from the AC / DC converter to the DC / DC converter A transformer is further included to insulate the over output power.

또한, 바람직하게는, 상기 서버는, 상기 서버에 포함되거나 연결되어 있는 부품들 각각에서 필요한 정도의 직류 전력을 각 부품들로 공급하기 위해, 상기 정류기로부터 공급받은 직류 전력의 레벨을 변환하는 DC/DC 변환기를 포함한다.Further, preferably, the server, DC / for converting the level of the DC power supplied from the rectifier to supply the necessary DC power to each of the components included in or connected to the server to each component It includes a DC converter.

또한, 바람직하게는, 서버는 인터넷 데이터 센터에서 사용되는 데이터 서버이다.Also preferably, the server is a data server used in an internet data center.

본 발명의 직류 전력 공급 시스템에 따르면 전력소모를 줄이면서도 신뢰성을 더욱 향상시키는 급전이 가능하다. 즉, 종래의 교류 전력 공급 시스템의 복잡성으로부터 탈피하여 시스템의 구성을 단순화하여 전력 공급 효율을 높이고, 장치에 필요한 비용이 절감되고 한정된 건물 면적을 사용하는 시스템에 대해 동일한 전력을 공급하는 경우 더 적은 공간을 사용하여 전력을 공급하여 건물 면적 대 전력 공급 비를 상승시킬 수 있다. 또한, 일반적인 사용면에 있어서도 절연을 구현해 안정성을 확보하고 전력 공급 시스템 전체의 간략화를 이룰 수 있다.According to the DC power supply system of the present invention it is possible to feed power to further improve the reliability while reducing power consumption. This simplifies the configuration of the system, eliminating the complexity of conventional AC power supply systems, improving power supply efficiency, reducing the cost of equipment and providing less power when supplying the same power for systems that use a limited building area. Power can be used to increase the building area to power supply ratio. In addition, insulation can be implemented for general use, ensuring stability and simplifying the entire power supply system.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 대용량 직류 전력 공급 시스템의 일 실시예를 도시하고 있다. 직류 전력 공급 시스템 (100) 은 K 개 (여기서, K 는 1 이상) 의 정류 모듈 (Rectifier Module; 112) 을 포함하는 정류 랙 (Rectifier Rack; 110), 정류 랙 (110) 으로부터의 출력을 입력받으며 L 개의 서버 (여기서, L 은 1 이상) 를 실장하고 있는 서버 랙 (120) 및 예비 전력용 배터리 (130) 를 포함한다.1 shows an embodiment of a large-capacity DC power supply system according to the present invention. The DC power supply system 100 receives an output from the rectifier rack 110, the rectifier rack 110 including K rectifier modules 112, where K is one or more. A server rack 120 and L battery 130 for mounting L servers (where L is one or more) are included.

먼저, 정류 랙 (110) 으로 교류 전력이 입력된다. 정류 랙 (110) 으로 입력되는 교류 전력은, 예를 들어 3 상 4 선식 380Vac 의 전압의 전력이 될 수도 있다. 정류 랙 (110) 에 포함된 정류 모듈 (1121~112K) 은 인입되는 교류 전력에 대해 역률을 개선하고 목표 전압을 갖는 직류 전력으로 변환한다. 정류 랙 (110) 에 의해 생성되어 출력되는 직류 전력의 전압은 예를 들어 300Vdc 가 될 수 도 있다. 정류 랙 (110) 으로부터 출력되는 직류 전력은 서버 랙 (120) 으로 공급되거나 예비 전력용 배터리 (130) 를 충전시키는데 사용된다. First, AC power is input into the rectification rack 110. The AC power input to the rectifying rack 110 may be, for example, a power of a voltage of three-phase four-wire 380 Vac. The rectification modules 1121 to 112K included in the rectification rack 110 improve power factor with respect to the incoming AC power and convert the DC power into a DC power having a target voltage. The voltage of the DC power generated and output by the rectification rack 110 may be, for example, 300Vdc. The DC power output from the rectifying rack 110 is supplied to the server rack 120 or used to charge the spare power battery 130.

서버 랙 (120) 에 포함된 서버 (1221) 은 전원 장치 (PSU; 124) 를 포함하며, 서버 (1222~122L) 또한 전원 장치 (124) 와 대응되는 장치를 포함한다. 정류 랙 (110) 에 포함된 정류 모듈 (1121~112K) 에서 이미 역률 개선 기능을 수행하고 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 서버 랙 (130) 으로 공급하기 때문에, 전원 장치 (PSU; 124) 에서는 인입 전력에 대해 역률을 개선하거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 과정이 불필요하다. 따라서, 종래의 전력 공급 시스템에서 서버 내부의 전원 장치에서 위 과정을 거치는 것과는 상이하다. 이와 같이, 본 발명의 직류 전력 공급 시스템 (100) 의 전원 장치 (124) 에서는 별도로 교류-직류 전력 변환이 불필요하고 정류 랙 (110) 에서만 1 회에 걸쳐 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고 있어, 종래 서버에 비해 전력 변환 장치가 제거될 수 있다. 또한, 정류 랙 (110) 에서는 교류 전력이 아닌 직류 전력을 출력하여 서버 랙 (120) 으로 바로 공급하기 때문에, 교류 전력을 분배하기 위한 전력 분배 장치가 생략될 수 있다.The server 1221 included in the server rack 120 includes a power supply unit (PSU) 124, and the servers 1222 to 122L also include devices corresponding to the power supply unit 124. Since the rectification module 1121 to 112K included in the rectifying rack 110 already performs the power factor improvement function and converts the AC power into DC power to supply the server rack 130, the power supply unit (PSU) 124 is drawn in. There is no need to improve the power factor or convert AC power to DC power. Therefore, in the conventional power supply system, it is different from the above process in the power supply unit inside the server. As described above, in the power supply device 124 of the DC power supply system 100 of the present invention, AC-DC power conversion is not necessary separately, and AC power is converted into DC power only once in the rectification rack 110. Power converters can be eliminated compared to servers. In addition, since the rectifying rack 110 outputs DC power instead of AC power and directly supplies the DC power to the server rack 120, a power distribution device for distributing AC power may be omitted.

한편, 정류 랙 (110) 으로 전력이 공급되지 않아 결과적으로 서버 랙 (120) 으로의 전력 공급이 불가능한 경우가 발생하게 되면, 예비 전력용 배터리 (130) 에서 서버 랙 (120) 으로 직류 전력을 공급함으로써 정전을 방지한다.On the other hand, when power is not supplied to the rectifying rack 110 and as a result, power supply to the server rack 120 is impossible, the DC power is supplied from the spare power battery 130 to the server rack 120. This prevents power outages.

도 1 에 따른 직류 전력 공급 시스템 (100) 은 서버 랙 (120) 으로 공급되는 전력이 종래에 사용되던 교류가 아닌 직류가 되는 구조로 되어 있는 것이며, 전술 했던 바와 같이 종래 교류 전력을 사용하는 경우 필요했던 중간 전력 변환 장치 및 전력 분배 장치를 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 직류 전력 공급 시스템 (100) 을 사용하게 되면 전력 공급선이 단순화되고 한정된 건물 면적을 사용하는 시스템에 대해 동일한 공급 전력당 사용가능한 면적이 훨씬 넓어지게 된다. 따라서, 종래 시스템에서 교류 전력을 사용할 때 시스템이 복잡해지고 넓은 면적을 차지하게 되는 문제점을 해결할 수 있다.The DC power supply system 100 according to FIG. 1 has a structure in which the power supplied to the server rack 120 is DC instead of AC, which is conventionally used, and is required when using conventional AC power as described above. It is possible to remove the intermediate power converter and the power distribution device that were used. Thus, the use of the DC power supply system 100 simplifies the power supply line and makes the available area per same supply power much wider for systems using a limited building area. Therefore, when using AC power in the conventional system can solve the problem that the system is complicated and occupies a large area.

또한, 직류 전력 공급 시스템 (100) 의 정류기 (110) 는 서버 랙 (120) 으로, 종래의 교류 전력 공급 시스템에서 사용되었던 정도의 전력 (교류 전력) 까지 공급하는 것이 가능하다. 서버 랙 (120) 에 직류전력을 공급하는 경우에는, 예비 전력 공급용 배터리 (130) 의 전력도 직류 전력 공급 시스템 급이 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 예비 전력용 배터리 (130) 로는 리튬 폴리머 배터리가 사용될 수도 있다.In addition, the rectifier 110 of the DC power supply system 100 is capable of supplying up to the electric power (alternating power) of the degree used in the conventional AC power supply system to the server rack 120. When supplying DC power to the server rack 120, it is preferable to make the electric power of the spare power supply battery 130 also be a DC power supply system class. In addition, a lithium polymer battery may be used as the spare power battery 130.

도 2 는 도 1 의 정류 랙 (110) 에 포함될 수 있는 정류 모듈 (1121~112K) 로 사용될 수 있는 정류 모듈의 일 실시예를 도시하고 있다. 정류 모듈 (112) 은 교류 전력을 입력받아 직류 전력을 생성하기 위한 장치로서, 입력된 교류 전력에 대해 역률 개선 기능을 수행하고 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기 (210), AC/DC 변환기 (210) 로부터의 출력 전력을 DC/DC 변환기 (230) 로 전달하는 변압기 (220), 직류 전력을 원하는 전압 레벨을 갖도록 변환하는 DC/DC 변환기 (230), AC/DC 변환기 (210) 와 DC/DC 변환기 (230) 를 제어하는 제어보드 (240) 를 포함한다.FIG. 2 illustrates one embodiment of a rectifying module that may be used as the rectifying modules 1121-112K that may be included in the rectifying rack 110 of FIG. 1. The rectifier module 112 is a device for generating AC power by receiving AC power. The AC / DC converter 210 and AC / DC converter 210 perform power factor improvement on the input AC power and convert the power into DC power. A transformer 220 that transfers the output power from 210 to the DC / DC converter 230, a DC / DC converter 230 that converts DC power to a desired voltage level, an AC / DC converter 210 and DC / And a control board 240 for controlling the DC converter 230.

AC/DC 변환기 (210) 는 PFC (Power Factor Correction) 회로를 포함하고 있으며, 입력 휴즈를 통해 교류 전력을 입력받아 역률 개선 기능을 수행한다. AC/DC 변환기 (210) 로부터 출력되는 전력은 변압기 (220) 를 통해 DC/DC 변환기 (230) 로 전달된다. 입력 전력과 출력 전력을 변압기 (220) 를 통해 절연함으로써 출력 단락 시에 야기될 문제에 대해 안정성을 확보할 수 있다. DC/DC 변환기 (230) 에서는 서버 랙 내부의 로직에 대해 적합한 전력이 공급될 수 있도록, 입력된 직류 전력을 3.3V, 12V, 15V 등의 전압 레벨을 갖는 전력으로 변환한다. 제어보드 (240) 는 제어신호를 송신함으로써 AC/DC 변환기 (210) 및 DC/DC 변환기 (230) 가 위와 같은 기능을 수행하도록 제어하는 기능을 수행한다.The AC / DC converter 210 includes a power factor correction (PFC) circuit, and receives AC power through an input fuse to perform power factor correction. Power output from the AC / DC converter 210 is transferred to the DC / DC converter 230 through the transformer 220. Insulation of the input power and the output power through the transformer 220 may ensure stability against problems caused by an output short circuit. The DC / DC converter 230 converts the input DC power into a power having a voltage level of 3.3V, 12V, 15V, etc. so that suitable power can be supplied to the logic inside the server rack. The control board 240 performs a function of controlling the AC / DC converter 210 and the DC / DC converter 230 to perform the above functions by transmitting a control signal.

도 3 및 도 4 는 종래의 대용량 교류 전력 공급 시스템 (300) 과 본 발명의 일 실시형태에 따른 대용량 직류 전력 공급 시스템 (400) 의 구조 및 시스템 효율을 비교하여 도시하고 있다.3 and 4 illustrate the structure and system efficiency of the conventional large capacity AC power supply system 300 and the large capacity DC power supply system 400 according to the embodiment of the present invention.

먼저, 도 3 은 종래 데이터 센터에서 사용되고 있는 대용량 교류 전력 공급 시스템 (300) 의 일 예를 나타낸다. 다수의 인터넷 데이터 센터 (IDC) 에서 이와 같은 구성의 전력 공급 시스템을 사용하고 있다.First, FIG. 3 shows an example of a large capacity AC power supply system 300 used in a conventional data center. Many Internet data centers (IDCs) use this type of power supply system.

교류 전력 공급 시스템 (300) 은 무정전 전원 (USP; 310), 전력 분배 장치인 PDR (320) 및 PDU (330), 서버들을 실장한 서버 랙 (340) 및 배터리 (350) 를 포함한다. 교류 전력 공급 시스템 (300) 은 교류 전압 공급 방식으로 구성되어 있으며, 서버 랙 (340) 으로 교류 전력을 공급하는 부분 (310, 320 및 330) 과 긴급시 예비 전력을 공급하는 부분 (350) 으로 나누어질 수 있다.The AC power supply system 300 includes an uninterruptible power supply (USP) 310, a PDR 320 and a PDU 330 which are power distribution devices, a server rack 340 on which servers are mounted, and a battery 350. The AC power supply system 300 is configured by an AC voltage supply method, and is divided into parts 310, 320, and 330 for supplying AC power to the server rack 340, and a part 350 for supplying backup power in an emergency. Can lose.

보다 구체적으로 살펴보면, 종래의 교류 전력 공급 시스템 (300) 의 무정전 전원 (310) 은 AC/DC 변환기 (312) 및 DC/AC 변환기 (314) 를 포함하며, AC/DC 변환기 (312) 는 교류 전력 (예를 들어, 380Vac) 을 입력받아 직류 전력 (예를 들어, 54Vdc) 으로 변환하여 배터리 (350) 를 충전하고, DC/DC 변환기 (314) 에서는 직류 전력을 다시 교류 전력 (예를 들어, 220Vac) 으로 변환한다. 변환된 교류 전력을 전력 분배 장치 (320, 330) 를 통하여 서버 랙 (340) 으로 공급된다. More specifically, the uninterruptible power supply 310 of the conventional AC power supply system 300 includes an AC / DC converter 312 and a DC / AC converter 314, and the AC / DC converter 312 includes AC power. (For example, 380Vac) is input to convert the DC power (for example, 54Vdc) to charge the battery 350, the DC / DC converter 314 to convert the DC power back to AC power (for example, 220Vac To. The converted AC power is supplied to the server rack 340 through the power distribution devices 320 and 330.

서버 랙 (340) 은 M 개 (여기서, M 은 1 이상) 의 서버 (342) 를 포함하며, 서버 (3421) 는 AC/DC 변환기 (346) 및 DC/DC 변환기 (348) 을 갖는 전원 장치 (344) 를 포함하고 있다. 나머지 서버 (3422~342M) 또한 전원 장치 (344) 와 대응되는 장치를 포함한다. 전원 장치 (344) 는 입력된 교류 전력의 역률을 개선하고 로직 부품 또는 프로세서에 필요한 3.3V, 12V, 15V 등의 전압 레벨을 갖도록 전력 변환한다. 예비 전력이 필요할 경우에는, 배터리 (350) 의 전력을 무정전 전원 (310) 내의 DC/AC 변환기 (314) 를 통해 120Vac 의 전력과 같은 교류 전력으로 변환하여 서버 랙 (340) 에 공급한다.The server rack 340 includes M servers, where M is one or more, and the server 341 includes a power supply unit having an AC / DC converter 346 and a DC / DC converter 348. 344). The remaining servers 3342-342M also include devices corresponding to the power supply 344. The power supply 344 improves the power factor of the input AC power and converts the power to have voltage levels of 3.3V, 12V, 15V, etc. required for logic components or processors. When spare power is needed, the power of the battery 350 is converted into AC power such as 120 Vac through the DC / AC converter 314 in the uninterruptible power supply 310 and supplied to the server rack 340.

이와 같이 종래 데이터 센터용 대용량 교류 전력 공급 시스템 (300) 에 따르면, AC/DC 변환기 (346) 와 같은 중간 전력 변환 장치가 서버 (3421~342M) 에 포함되어야 하며, 무정전 정원 (310) 으로부터의 전력을 분배하는 전력 분배 장치 (320, 330) 도 필요하다. 또한, 배터리 (350) 의 예비 전력을 사용하게 위해서는 무정전 전원 (310) 내부의 DC/AC 변환기 (314) 와 같은 중간 전력 변환 장치가 필요하다. 따라서, 다단계의 전력 변환 과정이 요구되므로, 전력 공급선이 매 우 복잡해지고 시스템의 부피가 커지게 된다.As such, according to the conventional large-capacity AC power supply system 300 for a data center, an intermediate power converter such as an AC / DC converter 346 should be included in the servers 341-342M, and the power from the uninterruptible garden 310. There is also a need for a power distribution device (320, 330) to distribute the power. In addition, in order to use the spare power of the battery 350, an intermediate power converter such as the DC / AC converter 314 inside the uninterruptible power supply 310 is required. As a result, a multi-step power conversion process is required, which leads to a very complicated power supply line and a large volume of the system.

또한, 도 3 의 아래에서는 종래의 교류 전력 공급 시스템 (300) 이 갖는 효율을 분석하여 도시하고 있다. 이를 살펴보면, 무정전 전원 (310) 에 포함되는 AC/DC 변환기 (312) 및 DC/AC 변환기 (314) 각각에 대한 효율이 95% 및 97% 이며, 전원 분배 장치 (320, 330) 에 대한 효율이 97% 이고, 전원 장치 (344) 에 포함되는 AC/DC 변환기 (346) 및 DC/DC 변환기 (348) 에 대한 효율이 각각 92% 및 85% 이다. 또한, 교류 전력 공급 시스템 (300) 의 최종적인 효율은 69.5% 이 된다. 따라서, 본 발명의 시스템 효율 (후술됨) 과 비교할 때 상당한 전력 손실이 발생하고 있다.3, the efficiency of the conventional AC power supply system 300 is analyzed and illustrated. Looking at this, the efficiency for the AC / DC converter 312 and the DC / AC converter 314 included in the uninterruptible power supply 310 is 95% and 97%, respectively, the efficiency for the power distribution device (320, 330) 97% and the efficiencies for the AC / DC converter 346 and DC / DC converter 348 included in the power supply 344 are 92% and 85%, respectively. In addition, the final efficiency of the AC power supply system 300 is 69.5%. Thus, significant power loss occurs when compared to the system efficiency (described below) of the present invention.

다음으로, 도 4 에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류 전력 공급 시스템 (400) 과 그 효율을 도시하고 있다. 직류 전력 공급 시스템 (400) 은 최초로 입력되는 교류 전력을 제외하고는 내부 전력이 모두 직류 전력인 공급 체계를 갖도록 구성하여, 도 3 에 도시된 바와 같은 종래 시스템 (300) 에서 시스템 효율이 저하되어 전력 비용 부담이 커지고 시스템 복잡성이 증가하는 문제점을 해결하고자 한 것이다.Next, FIG. 4 shows a DC power supply system 400 and its efficiency according to one embodiment of the present invention. The DC power supply system 400 is configured to have a supply system in which all of the internal power is DC power except for AC power input for the first time, so that the system efficiency is lowered in the conventional system 300 as shown in FIG. It is to solve the problem of increased cost and increased system complexity.

구체적으로 살펴보면, 도 4 의 직류 전력 공급 시스템 (400) 은 도 1 에 도시된 직류 전력 공급 시스템 (100) 과 같이 정류기 (410), N 개 (여기서, N 은 1 이상) 의 서버 (4221~422N) 를 실장한 서버 랙 (420) 및 배터리 (430) 를 포함하고 있으며, 도 1 의 직류 전력 공급 시스템 (100) 과 유사하게 동작한다. 도 3 에 도시된 종래 교류 전력 공급 시스템 (300) 에서 무정전 전원 (310) 이 교류 전력을 서버 랙 (340) 으로 공급하는 것과는 달리, 직류 전력 공급 시스템 (400) 에서는 정류기 (410) 에 의해 변환된 직류 전력 (예를 들어, 300Vdc) 를 서버 랙 (420) 으로 공급한다. 서버 (4221) 의 전원 장치 (424) 에서는 직류 전력을 공급받아, 역률 개선 및 교류-전력 변환 과정을 거칠 필요 바로 로직 부품 또는 프로세서에 필요한 12V, 15V, 3.3V 등의 전압 레벨을 갖도록 변환한다. 나머지 서버 (4222~422N) 또한 전원 장치 (424) 와 대응되는 장치를 포함한다.Specifically, the DC power supply system 400 of FIG. 4 is the same as the DC power supply system 100 shown in FIG. 1. The rectifiers 410 and N (where N is one or more) servers 4221 to 422N. Server rack 420 and a battery 430 mounted thereon, and operate similarly to the DC power supply system 100 of FIG. Unlike the uninterruptible power supply 310 supplying the AC power to the server rack 340 in the conventional AC power supply system 300 shown in FIG. 3, the DC power supply system 400 is converted by the rectifier 410. DC power (eg, 300 Vdc) is supplied to the server rack 420. The power supply 424 of the server 4221 receives DC power, and converts the DC power to 12V, 15V, 3.3V, or the like necessary for the logic component or the processor to undergo power factor improvement and AC-power conversion. The remaining servers 4202 to 422N also include devices corresponding to the power supply 424.

이와 같은 직류 전력 공급 시스템 (400) 에 대한 효율이 도 4 의 아래에 도시되어 있다. 즉, 정류기 (410) 에 포함된 AC/DC 변환기 (412) 및 DC/DC 변환기 (414) 에 대한 효율이 각각 96.5% 및 97% 이며, 교류 전력 공급 장치 (300) 와는 달리 PDR (320) 또는 PDU (330) 을 거치지 않으므로 정류기 (410) 로부터 서버 랙 (420) 으로 전달되는 과정에서의 효율은 100% 이고, 서버 (4221) 의 전원 장치 (424) 내로 입력된 직류 전력은 바이패스되어 DC/DC 변환기 (426) 로 입력되므로 이 과정에서의 효율은 100% 이며, DC/DC 변환기 (426) 에서의 효율은 85% 이다. 또한, 직류 전력 공급 시스템 (400) 에 대해 최종적으로 산출된 효율은 79.56% 가 된다. 따라서, 도 3 에 도시된 종래의 교류 전력 공급 장치 (300) 의 효율인 69.5 % 와 비교하여 전력 공급 손실 측면에서 매우 우수한 성능을 갖는다는 것을 알 수 있다.The efficiency for such a DC power supply system 400 is shown below in FIG. 4. That is, the efficiency for the AC / DC converter 412 and the DC / DC converter 414 included in the rectifier 410 is 96.5% and 97%, respectively, and unlike the AC power supply 300, the PDR 320 or Since it does not pass through the PDU 330, the efficiency in the process from the rectifier 410 to the server rack 420 is 100%, and the DC power input into the power supply 424 of the server 4221 is bypassed to DC / The efficiency in this process is 100% since it is input to the DC converter 426, and the efficiency in the DC / DC converter 426 is 85%. Also, the efficiency finally calculated for the DC power supply system 400 is 79.56%. Thus, it can be seen that it has a very good performance in terms of power supply loss compared to 69.5%, which is the efficiency of the conventional AC power supply 300 shown in FIG.

이와 같은, 본 발명에 따른 직류 전력 공급 시스템은 전력 공급선이 복잡하지 않고 종래의 교류 전력 공급 시스템에서 서버내의 AC/DC 변환기, PDR, PDU 등과 같은 장치들을 제거할 수 있으며, 종래 시스템에 비해 높은 시스템 효율을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 직류 전력 공급 시스템은, 시스템 부피 및 전력 비용 절감이 필요한 인터넷 데이터 센터의 대용량 전력 공급 시스템에 대해 적용될 수 있다.As described above, the DC power supply system according to the present invention does not have a complicated power supply line and can remove devices such as AC / DC converters, PDRs, and PDUs in a server from conventional AC power supply systems, and is higher than conventional systems. Has efficiency. Therefore, the DC power supply system according to the present invention can be applied to a large capacity power supply system of an Internet data center that requires system volume and power cost reduction.

여기에서 개시된 실시형태와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들 및 알고리즘 단계들을 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현할 수도 있다.The various illustrative logical blocks and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented in electronic hardware, computer software, or a combination thereof.

또한, 본 발명은 위 실시예를 참조로 하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 이는 단지 예시를 위하여 사용된 것이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 청구범위에서 정의된 것과 같이 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형을 할 수 있음이 이해되어야 할 것이다.In addition, although the invention has been particularly shown and described with reference to the above embodiments, it has been used only for the purpose of illustration and those skilled in the art to which the invention pertains may have the same definitions as defined in the appended claims. It should be understood that various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

본 발명의 직류 전력 공급 시스템에 따르면 전력소모를 줄이면서도 신뢰성을 더욱 향상시키는 급전이 가능하다. 즉, 종래의 교류 전력 공급 시스템의 복잡성으로부터 탈피하여 시스템의 구성을 단순화하여 전력 공급 효율을 높이고, 장치에 필요한 비용이 절감되고 한정된 건물 면적을 사용하는 시스템에 대해 동일한 전력을 공급하는 경우 더 적은 공간을 사용하여 전력을 공급하여 건물 면적 대 전력 공급 비를 상승시킬 수 있다. 또한, 일반적인 사용면에 있어서도 절연을 구현해 안정성을 확보하고 전력 공급 시스템 전체의 간략화를 이룰 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 직류 전력 공급 시스템은, 인터넷 데이터 센터와 같이, 대용량 서버들을 취급하는 센터의 전력 공급 시스템에 대해 적용될 수 있다.According to the DC power supply system of the present invention it is possible to feed power to further improve the reliability while reducing power consumption. This simplifies the configuration of the system, eliminating the complexity of conventional AC power supply systems, improving power supply efficiency, reducing the cost of equipment and providing less power when supplying the same power for systems that use a limited building area. Power can be used to increase the building area to power supply ratio. In addition, insulation can be implemented for general use, ensuring stability and simplifying the entire power supply system. Thus, the DC power supply system according to the present invention can be applied to a power supply system of a center that handles large capacity servers, such as an Internet data center.

도 1 은 본 발명에 따른 직류 전력 공급 시스템의 일 실시형태를 도시하는 도면.1 shows an embodiment of a direct current power supply system according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 직류 전력 공급 시스템에 사용되는 정류기의 일 실시형태를 도시하는 도면.2 shows one embodiment of a rectifier for use in a direct current power supply system according to the invention.

도 3 은 종래의 교류 전력 공급 시스템 및 그 효율을 도시하는 도면.3 is a diagram showing a conventional AC power supply system and its efficiency.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류 전력 공급 시스템 및 그 효율을 도시하는 도면.4 is a diagram showing a DC power supply system and its efficiency according to one embodiment of the present invention;

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 * Description of the main parts of the drawing

100 : 직류 전력 공급 시스템 210 : AC/DC 변환기 100: DC power supply system 210: AC / DC converter

110 : 정류 랙 220 : 변압기110: rectification rack 220: transformer

120 : 서버 랙 230 : DC/DC 변환기 120: server rack 230: DC / DC converter

130 : 배터리 240 : 제어보드130: battery 240: control board

Claims (5)

직류 전력을 공급하는 시스템으로서,A system for supplying DC power, 교류 전력을 입력받아 직류 전력을 생성 및 출력하는 복수의 정류 모듈을 포함하는 정류 랙;A rectifying rack including a plurality of rectifying modules configured to receive AC power and generate and output DC power; 대용량의 데이터를 처리하고 저장하기 위한 복수의 서버를 포함하는 서버 랙으로서, 상기 복수의 서버는, 상기 복수의 정류 모듈에서 출력되는 직류 전력을 직접적으로 공급받고, 상기 복수의 서버 내에 포함되어 있거나 연결되어 있는 부품들을 동작시키기 위해 상기 직류 전력을 사용하는, 상기 서버 랙; 및A server rack comprising a plurality of servers for processing and storing a large amount of data, wherein the plurality of servers are directly supplied with the direct current power output from the plurality of rectifier modules, contained in or connected to the plurality of servers The server rack using the direct current power to operate components that are configured; And 순단 없는 전원 공급을 위해 상기 복수의 서버로 예비 전력을 공급하는 하나의 배터리로서, 상기 복수의 정류 모듈에 교류 전력이 공급되는 경우에는 상기 복수의 정류 모듈로부터 출력되는 직류 전력 중 일부를 공급받아 상기 배터리를 충전하고, 상기 복수의 정류 모듈에 교류 전력이 공급되지 않을 경우에 상기 배터리에 충전되어 있는 전력을 상기 복수의 서버에 직접적으로 공급하는, 상기 배터리를 포함하며,One battery that supplies spare power to the plurality of servers for supplying power without a step. When AC power is supplied to the plurality of rectifier modules, a portion of DC power output from the plurality of rectifier modules is supplied to the server. A battery which charges a battery and directly supplies power charged in the battery to the plurality of servers when AC power is not supplied to the plurality of rectifying modules, 상기 정류 랙과 상기 서버 랙은 분리된 것인, 직류 전력 공급 시스템.And the rectification rack and the server rack are separate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 정류 모듈은,The plurality of rectifier modules, 상기 복수의 정류 모듈로 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하며, 역률 개선 기능을 수행하는 PFC (Power Factor Correction) 회로를 포함하는, AC/DC 변환기; 및An AC / DC converter including a PFC (Power Factor Correction) circuit for converting AC power input to the plurality of rectifier modules into DC power and performing a power factor correction function; And 상기 AC/DC 변환기로부터 출력되는 직류 전력을 원하는 레벨로 변환하여 출력하는 DC/DC 변환기를 포함하는, 직류 전력 공급 시스템.And a DC / DC converter for converting and outputting the DC power output from the AC / DC converter to a desired level. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 복수의 정류 모듈은,The plurality of rectifier modules, 상기 AC/DC 변환기와 상기 DC/DC 변환기 사이에 위치하며, 상기 AC/DC 변환기로부터 출력되는 직류 전력을 상기 DC/DC 변환기로 전달함으로써 상기 복수의 정류 모듈의 입력 전력과 출력 전력이 절연되도록 하는, 변압기를 더 포함하는, 직류 전력 공급 시스템.Located between the AC / DC converter and the DC / DC converter, the DC power output from the AC / DC converter is transferred to the DC / DC converter to insulate the input power and output power of the plurality of rectifier modules. DC power supply system, including more transformers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 서버는,The plurality of servers, 상기 복수의 서버에 포함되거나 연결되어 있는 부품들 각각에서 필요한 정도의 직류 전력을 각 부품들로 공급하기 위해, 상기 복수의 정류 모듈로부터 공급받은 직류 전력의 레벨을 변환하는 DC/DC 변환기를 포함하는, 직류 전력 공급 시스템.And a DC / DC converter for converting the level of the DC power supplied from the plurality of rectifier modules to supply the required DC power to each of the components included in or connected to the plurality of servers. , DC power supply system. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 서버는 인터넷 데이터 센터에서 사용되는 데이터 서버인, 직류 전력 공급 시스템.And the plurality of servers are data servers used in an internet data center.
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