KR20110005377A

KR20110005377A - 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치

Info

Publication number: KR20110005377A
Application number: KR1020090062884A
Authority: KR
Inventors: 권원옥; 김성운
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-18
Also published as: US20110006607A1; CN101951015A; KR101228363B1

Abstract

본 발명은 AC(Alternating Current) 데이터 센터 랙 준위(data center rack level) DC(Direct Current) 공급을 기반으로 한 고 효율 하이브리드 데이터 센터의 전력구조(high efficient hybrid data center power architecture)에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 대부분의 데이터 센터에서 사용하던 AC 전원공급 방식의 일부를 DC 전원공급 방식으로 변환하여 보다 효율적인 데이터 센터의 전력구조를 제공하고자 한다. 기존의 AC 데이터 센터는 컴퓨터 장치에 전력이 공급되기까지 다단계의 에너지 변환 과정을 거치기 때문에, 에너지 손실이 크다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 DC 데이터 센터 구조가 제시되었으나 이는 기존의 AC 데이터 센터에 적용할 수 없다는 단점이 있다. 본 발명은 중앙집중식 무정전 전원공급장치(UPS)를 랙 준위 혹은 노드(node, 컴퓨터 혹은 서버 등) 준위 분산형 구조로 변경하여 저렴한 설치비용의 에너지 효율적인 데이터센터 전력 구조를 제안하고 있다.

랙(rack), 전원 공급 장치(power supply unit), 데이터 센터(data center), 정류기(rectifier), 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply, UPS), DC(Direct Current), AC(Alternating Current)

Description

하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치{HYBRID DATA CENTER POWER SUPPLY APPARATUS}

본 발명은 데이터 센터에서의 전력 공급 기술에 관한 것으로, 특히 AC(Alternating Current) 데이터 센터의 전력 장비와 호환성을 유지하면서 랙 준위(rack level) 또는 노드 준위(node level)의 DC(Direct Current) 전력 공급을 제공하는데 적합한 하이브리드(hybrid) 데이터 센터 전력 공급 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[2007-S-016-03, 저비용 대규모 글로벌 인터넷 서비스 솔루션 개발].

최근 들어, 수십 만대의 기기를 운용하는 데이터 센터(data center)를 가진 인터넷 포탈 업체 등 세계적으로 수 많은 데이터 센터들이 운영되면서, 데이터 센터의 전력을 효율적으로 관리하기 위한 기술들이 다각도로 연구되고 있다.

이러한 데이터 센터, 특히 AC(Alternating Current) 데이터 센터는, 중앙집중식 UPS(Uninterruptible Power Supply) 구조의 에너지 효율 문제와 다단계의 에 너지 전환으로 인한 에너지 손실 문제를 고려할 필요가 있다. 이에 따라, 데이터 센터의 에너지 효율 향상을 위해서 AC 데이터 센터에서 DC 데이터 센터로의 전환을 추진 중이다.

그런데, 이러한 DC 데이터 센터는 기존의 AC 데이터 센터의 전력 장비와 호환성이 없기 때문에, AC 데이터 센터에서 DC 데이터 센터로의 전환 시 전력장비를 새로이 증설해야 할 뿐만 아니라, 고전압 DC의 안전성 문제와 DC 분배 표준의 불 명확성이라는 해결 과제가 존재한다.

따라서, DC 데이터 센터의 고유한 장점을 살리면서도, 기존의 AC 데이터 센터와의 호환성을 유지할 수 있는 전력 시스템 환경이 요구되고 있다.

이에 본 발명에서는, 중앙집중식 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 랙 준위(rack level) 또는 노드(node, 컴퓨터 또는 서버 등) 준위(node level)의 분산형 구조로 변경하여 설치비용을 줄이고 에너지 효율을 높일 수 있는 전력 공급 기술을 제안하고자 한다.

또한 본 발명에서는, AC 기반의 데이터 센터와 DC 기반의 데이터 센터의 문제점을 동시에 해결할 수 있는 하이브리드 데이터 센터 전력 구조를 제안하고자 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전력원과, 상기 적어도 하나의 전력원으로부터의 전력을 공급받아 랙(rack) 내에 DC(Direct Current) 전력을 공급하며, 상기 적어도 하나의 전력원의 전력 공급이 중단될 때 상기 랙에 상기 DC 전력을 끊김 없이 공급하는 무정전 랙 준위(rack level) 전원 공급부와, 상기 랙 내에 구비되며, 상기 무정전 랙 준위 전원 공급부로부터 상기 DC 전력을 공급받는 노드(node)를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전력원과, 상기 적어도 하나의 전력원으로부터의 전력을 공급받아 랙 내에 DC 전력을 공급하는 랙 준위 전원 공급부와, 상기 랙 내에 구비되며, 상기 랙 준위 전원 공급부로부터 상기 DC 전력을 공급받으며, 상기 적어도 하나의 전력원의 전력 공급이 중단될 때 상기 랙에 상기 DC 전력을 끊김 없이 공급하는 노드를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 종래의 AC 전력기반의 데이터 센터에서 전력구조의 변화를 주지 않고 랙 준위(rack level)에서 DC 전력공급을 제공하며, UPS 역시 랙 준위 혹은 노드 준위(node level)에서 비상전력을 공급하도록 함으로써, 전력효율 및 UPS 효율을 향상(대략 10% 향상)시킬 수 있으며, 랙 준위에서의 N+1 잉 여 전력(power redundancy)을 제공할 수 있다. 이에 따라, 기존 AC 데이터 센터 대비 대략 20% 이상의 전력효율 향상을 예상할 수 있으며, 대형의 UPS 시스템 설치가 불필요하고 기타 부수적인 비용절감의 효과가 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범 용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행 되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치, 구체적으로 렉 준위(rack level) 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치의 구성 블록도를 예시한 것으로, 제1 전력원(10), 제2 전력원(12), 제3 전력원(14), AC 전력선(16), 랙(1000) 등을 포함할 수 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 제1 전력원(10), 예를 들면 AC 전력원은 발전소(도시 생략됨)로부터의 AC 전력(public grid)을 AC 전력선(16)을 통해 데이터 센터로 공급하는 수단으로서, 공급된 AC 전력은 중간 전압(medium voltage)에서 저 전압(low voltage)으로 변환되어 데이터 센터로 제공될 수 있다. 저 전압으로 변환된 AC 전력은 AC 스위치(도시 생략됨)에 입력되어 컴퓨터 장치나 냉각장치의 전원으로 사용될 수 있다.

제2 전력원(12), 예를 들면 디젤 전력원(diesel generator) 등으로 이루어질 수 있는 제2 전력원(12)은, 제1 전력원(10)인 AC 전력원으로부터 전력이 중단될 경우에 데이터 센터로 AC 전력을 공급하는 수단이다.

제3 전력원(14), 예를 들면 태양광, 연료전지 등으로 이루어질 수 있는 제3전력원(14)은, 제1 전력원(10)인 AC 전력원의 부가 전력 공급원(additional DC generator)으로서의 역할을 한다.

AC 스위치를 통과한 전력은 전원 분배기(Power Distribution Unit, PDU)(도시 생략됨)를 통해 각 컴퓨터 랙에 전원으로 공급될 수 있으며, 랙의 냉방전원으로 사용될 수도 있다. 이는 기존의 AC 데이터 센터의 전력 구조에서 UPS를 거쳐 PDU, 랙에 이르던 전력 전달 경로에서 UPS가 사라진 형태이다.

랙(1000)은 AC 전력선(16)을 통해 제1 전력원(10) 또는 제2 전력원(12) 또는 제3 전력원(14)으로부터의 전력을 공급받는 수단으로, 무정전 랙 준위 전원 공급부(uninterruptible Rack level Power Supply Unit, uRPSU)(100), 컴퓨터 장치(200) 등을 포함할 수 있다.

여기서, 무정전 랙 준위 전원 공급부(100)는 전력원(10)(12)(14)으로부터의 전력이 랙(1000)에 최초 인입되는 수단으로, 랙 준위 정류기(102/1~102/N), 무정전 전력 공급부(104), DC 전력선(106)을 포함할 수 있다.

랙 준위 정류기(102/1~102/N)는 AC 전력선(16)을 통해 인입되는 AC 전력을 DC 전력으로 정류시키는 역할을 한다. 이러한 랙 준위 정류기(102/1~102/N)는 적어도 둘 이상 지원되는 전력 구조이기 때문에, 하나의 정류기, 예를 들어 정류기1(102/1)이 장애가 발생하더라도 끊김 없이 DC 전력을 공급할 수 있다.

무정전 전력 공급부(104)는 랙 준위 정류기(102/1~102/N)를 통해 정류된 DC 전력을 모니터링하고, 모니터링한 결과에 따라 임시 전력을 공급하는 역할을 한다.

구체적으로 무정전 전력 공급부(104)는, 입력되는 DC 전력에 대해 전압강하 또는 전력장애 등의 상태를 판단하고, 상태 판단 결과에 따라 충전과 방전에 관련된 동작을 제어하는 제어부(controller)와, 이러한 제어부의 충전과 방전에 관련된 동작 제어에 따라 부하에 전력을 공급하는 배터리(battery)를 포함할 수 있다.

DC 전력선(106)은 랙 준위 정류기(102/1~102/N) 또는 무정전 전력 공급 부(104)로부터 제공되는 DC 전력을 컴퓨터 장치(200)로 제공하는 역할을 한다.

컴퓨터 장치(200)는, 예컨대 노드 내에 포함되는 서버(server)로 이루어질 수 있으며, 내부에 DC/DC 변환부(202)와 VRM(Voltage Regulator Module)(204) 등을 포함할 수 있다.

여기서, DC/DC 변환부(202)는, DC 입력을 컴퓨팅 장치(200)가 사용할 수 있는 전압으로 변환하는 역할을 하며, 예를 들면 PDB(Power Distribution Board)가 적용될 수 있다.

일반적으로 컴퓨터 장치는 ATX(Advanced Technology Extended) 전력규격을 사용하므로, PDB는 입력 DC 전력을 12V, 5V, 3.3V, 5Vsb, -12V 등의 전압으로 변환시키는 역할을 수행한다. 그러나 랙에는 PDB를 사용할 수 없기 때문에 DC 전력을 사용할 수 없는 장치들이 존재한다. 대표적으로 네트워크 장비 혹은 대용량 스토리지 등의 장치를 들 수 있다.

이들 장치는 AC 스위치에서 전력을 공급받아야 한다. 그러나 이러한 장치들 역시 UPS를 통한 전원 안정화가 필요하므로 AC 컴퓨터 장비 용량에 적절한 AC UPS를 설치 후 이를 통과한 AC 전력을 사용한다.

이하, 도 1을 참조로, 본 실시예에 따른 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 방법, 구체적으로, 정전상황 혹은 전력모듈 이상상황에서 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치의 동작 과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 제1 전력원(10)인 AC 전력원의 정전 시, 제2 전력원(12)인 디젤 전력원이 동작하기까지 대략 수십 초 ~ 수 분의 시간이 필요하다.

이 경우(제2 전력원(12)이 동작하기 전), AC 주요 경로(critical path), 예컨대 AC 전력선(16)에 연결되지 않은 냉방기기 또는 다른 AC 부하들은 전력이 끊기게 되지만, AC 주요 경로에 연결된 장치들은 AC UPS가 동작하여 연속적인 동작이 보장된다.

또한, 랙(1000) 내의 무정전 랙 준위 전원 공급부(100)의 경우, 입력 AC 전력이 장애가 발생하여 정류기 동작은 멈추고 출력 DC도 떨어질 수 있다. 이때, 바로 랙(1000)마다 장착된 무정전 전력 공급부(104)가 동작하여 랙(1000)에 DC를 공급받는 모든 컴퓨터 장치들에게 DC 전력을 안정적으로 공급하게 된다.

한편, 제2 전력원(12), 즉 디젤 전력원이 동작하면, 모든 AC 스위치에 연결된 장비들은 정상 동작모드로 바뀌게 된다. 또한, 제1 전력원(10)인 AC 전력원이 복구될 경우에 제2 전력원(12)인 디젤 전력원 역시 동작을 멈추게 된다.

만약, 무정전 랙 준위 전원 공급부(100)의 랙 준위 정류기(102/1~102/N)에 장애가 발생할 경우, 랙 준위까지 설치된 무정전 전력 공급부(104)에 의해서 장치가 안전하게 동작될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치, 구체적으로 노드 준위(node level) 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치의 구성 블록도를 예시한 것으로, 제1 전력원(10), 제2 전력원(12), 제3 전력원(14), AC 전력선(16), 랙(1000) 등을 포함할 수 있다.

도 2의 경우 도 1의 랙 준위의 무정전 전력 공급 구조에서 노드(컴퓨터 또는 서버) 준위의 무정전 전력 공급 구조로 한 단계 준위가 낮아진 구조이며, 도 1과 동일하거나 중복되는 사항은 설명을 제외하기로 한다.

도 2에 예시한 바와 같이, 도 1의 하이브리드 전력 공급 장치와 비교하여, 랙(1000) 내의 랙 준위 전원 공급부(100a)와, 컴퓨터 장치(200a) 내의 무정전 노드 준위 전원 공급부(202a)가 구비될 수 있다.

먼저, 랙(1000)에 인입되는 AC 전력을 기반으로 랙 준위 전원 공급부(100a)는 랙 준위 정류기(102/1~102/N)를 구성하여 DC 출력을 각 컴퓨터 장치에 공급한다.

각 컴퓨터 장치에는 전력변환 보드인 PDB와 배터리(battery), 배터리 제어부(controller)를 통합한 무정전 노드 준위 전원 공급부(Uninterruptible Rack Power Supply Unit, uPDB)(202a)를 내장한다.

무정전 노드 준위 전원 공급부(202a)는 랙 준위 전원 공급부(100a)로부터 인입되는 DC 전력을 컴퓨터 장치(200a)가 사용할 수 있는 전압으로 변환시키는 DC/DC 전환부(22)와, 배터리(bettery) 및 배터리 제어기(controller)로 구성되는 무정전 전력 공급부(20)를 포함할 수 있다.

도 2의 실시예의 경우, 장애가 발생할 때, 랙 준위 전원 공급부(100a)에 연결된 컴퓨터 장치(200a)는 각 노드에 장착된 UPS, 즉 무정전 전력 공급부(20)에 의해 동작될 수 있으며, 이에 따라 장애가 발생하고 제2 전력원(12)인 디젤 전력원이 동작하기 전에도 노드 준위의 무정전 전력 공급 환경을 구현하여 컴퓨터 장치(200a)에 안정적으로 DC 전력을 공급할 수 있다.

도 3은 상술한 도 2의 무정전 노드 준위 전원 공급부(202a)의 상세 구성을 예시한 도면이다.

도 3에 예시한 바와 같이, 무정전 노드 준위 전원 공급부(202a)는 무정전 전력 공급부(20)와 DC/DC 변환부(22)로 구분될 수 있다.

무정전 전력 공급부(20)는 배터리와 이를 제어하기 위한 배터리 제어부(4), 배터리 충전시 DC 입력을 배터리 전압과 동일하게 변환하는 제1 전압 변환부(voltage conversion)(2-1), 배터리 방전시 DC 입력을 배터리 전압과 동일하게 변환하는 제2 전압 변환부(2-2), 다이오드(D1)(D2), 인입단 스위치(SW1) 및 입출력 스위치(SW2) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 인입단 스위치(SW1) 및 입출력 스위치(SW2)는, 예컨대 FET(Field Effect Transistor) 스위치 등으로 구성될 수 있다.

DC/DC 변환부(22)는 입력 전원을 바로 출력 전원으로 연결하는 직접 연결부(direct connection)(6), 입력 DC 전압을 컴퓨터 장치(200a)가 사용 가능한 출력 DC 전압으로 변환시키는 전압 변환부(8-1)(8-2), 전압의 상태를 감시하여 전압 이상시 부하에 알려주는 역할을 수행하는 전압 감시부(voltage supervisor)(10), 그리고 다이오드(D3) 및 FET 스위치(SW3) 등으로 구성될 수 있다.

이러한 무정전 노드 준위 전원 공급부(202a)의 상세 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, DC 입력이 무정전 노드 준위 전원 공급부(202a)에 인입되면, 인입된 DC 입력은 무정전 전력 공급부(20)로 전달된다.

무정전 전력 공급부(20)의 다이오드(D1) 및 인입단 스위치(SW1)는 역방향 전류를 차단하며(다이오드 역할), FET의 게이트 전극 제어를 통해 순방향 전류의 온/ 오프(on/off) 제어를 담당한다. 예컨대, 인입단 스위치(SW1)의 게이트 전극이 턴온(turn-on)이면 인입단 스위치(SW1)는 온(on) 상태, 인입단 스위치(SW1)의 게이트 전극이 턴오프(turn-off)일 경우에는 인입단 스위치(SW1)는 오프(off) 상태가 될 수 있다.

이때, DC 입력이 정상적으로 입력될 경우, 무정전 전력 공급부(20)의 인입단 스위치(SW1)는 온 상태로 되어 DC/DC 변환부(22)로 전력이 공급될 수 있다.

그리고 배터리가 완충상태가 아닐 경우에는, 배터리 충전이 동시에 이루어질 수 있는데, 배터리 전압과 입력 전압이 대부분 동일하지 않기 때문에 DC 입력은 전압 변환부1(2-1)를 거쳐 배터리로 충전될 수 있으며, 방전시에는 전압 변환부2(2-2)를 거쳐 DC/DC 변환부(22)에 전달될 수 있다.

배터리 제어부(4)는 입출력 스위치(SW2)의 게이트 제어를 수행한다. 예를 들어, 입력전압의 이상이 발생되면 배터리 제어부(4)는 입출력 스위치(SW2)를 온시켜 부하에 정상적인 배터리 출력 전압을 공급해 주도록 한다.

이때, 배터리 제어부(4)에는 컴퓨터 인터페이스(interface)가 추가될 수 있는데, 이러한 컴퓨터 인터페이스는 다양한 통신 프로토콜, 예컨대 RS232, I²C, 이더넷(Ethernet) 등의 통신 프로토콜로 연결 가능하며, 노드 배터리의 정보를 컴퓨터로 전달하게 된다. 컴퓨터에는 배터리 정보를 수신할 수 있는 에이전트(agent)가 설치될 수 있으며, 이러한 에이전트에 의해 노드의 배터리 상태를 모니터링 할 수 있다.

한편, DC/DC 변환부(22)는 DC 입력 전압을 컴퓨터 장치(200a)가 사용 가능한 전압으로 변환시키며, 또한 전력 제어신호를 생성하는 역할을 하며, 직접 연결부(6), 전압 강하형 변환(step down conversion)부(8-1), 전압 승압형 변환(step up conversion)부(8-2) 및 전압 감시부(10)를 포함할 수 있다.

이러한 DC/DC 변환부(22)의 전압 변환은 크게 3종류로 구분될 수 있다.

첫 번째는 직접 연결부(6)에 의한 출력 방식으로서, DC 입력 전원을 바로 출력 전원으로 사용하는 경우이다. 예를 들어, 입력 전압이 12V 경우, 출력 전압도 그대로 12V를 사용하는 경우이다.

두 번째는 전압 강하형 변환부(8-1)에 의한 출력 방식으로서, 입력 전압보다 낮은 전압으로 변환하여 사용하는 경우이다. 예를 들어, 입력 전압이 12V인 경우, 출력 전압을 5V 또는 3.3V로 변환하는 경우가 이에 해당된다.

세 번째는 전압 승압형 변환부(8-2)에 의한 출력 방식으로서, 입력 전압보다 높은 전압으로 변환하여 사용하는 경우이다. 예를 들어, 입력 전압이 12V인 경우, 출력 전압을 24V로 변환하는 경우가 이에 해당된다.

전압 감시부(10)는 전력 제어신호, 예컨대 ATX 전원규격의 PS_ON 또는 PWR_OK 등과 같은 제어신호를 생성하는 수단으로서, 전압의 상태를 감시하여 전압 이상시 부하에 알려주는 역할을 수행한다. 이러한 ATX 전원규격의 PS_ON 또는 PWR_OK 등과 같은 제어신호는 도 4에 예시한 바와 같으며, 도 4에 예시한 바와 같은 ATX 전원규격의 타이밍도를 통해 전압 감시부(10)의 전력 제어신호 생성을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 중앙집중식 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 랙 준위 또는 노드 준위의 분산형 구조로 변경하여 설치비용을 줄이고 에너지 효율을 높일 수 있는 전력 공급 기술을 제안하였으며, AC 기반의 데이터 센터와 DC 기반의 데이터 센터의 문제점을 동시에 해결할 수 있는 하이브리드 데이터 센터 전력 구조를 제안하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치에 대한 구성 블록도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치에 대한 구성 블록도,

도 3은 도 2의 무정전 노드 준위 전원 공급부(202a)의 상세 구성 블록도,

도 4는 전압 감시부(10)의 전력 제어신호 타이밍도.

Claims

적어도 하나의 전력원과,

상기 적어도 하나의 전력원으로부터의 전력을 공급받아 랙(rack) 내에 DC(Direct Current) 전력을 공급하며, 상기 적어도 하나의 전력원의 전력 공급이 중단될 때 상기 랙에 상기 DC 전력을 끊김 없이 공급하는 무정전 랙 준위(rack level) 전원 공급부와,

상기 랙 내에 구비되며, 상기 무정전 랙 준위 전원 공급부로부터 상기 DC 전력을 공급받는 노드(node)

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 무정전 랙 준위 전원 공급부는,

상기 적어도 하나의 전력원의 AC(Alternating Current) 전력을 DC 전력으로 정류시키는 적어도 둘 이상의 랙 준위 정류기와,

상기 적어도 둘 이상의 랙 준위 정류기를 통해 정류된 DC 전력을 모니터링하고, 상기 모니터링한 DC 전력에 따라 임시 DC 전력을 공급하는 무정전 전력 공급부와,

상기 적어도 둘 이상의 랙 준위 정류기를 통해 정류된 DC 전력 또는 상기 무 정전 전력 공급부로부터 제공되는 임시 DC 전력을 상기 노드로 제공하는 DC 전력선

을 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 무정전 전력 공급부는,

상기 적어도 둘 이상의 랙 준위 정류기를 통해 정류된 DC 전력의 모니터링 결과에 따라 충전 및 방전 동작을 제어하는 제어부와,

상기 제어부의 충전 및 방전 동작 제어에 따라 상기 노드에 전력을 공급하는 배터리

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 적어도 둘 이상의 랙 준위 정류기를 통해 정류된 DC 전력에 대해 전압강하 또는 전력장애의 상태를 판단하고, 상기 전압강하 또는 전력장애의 판단 결과에 따라 충전 및 방전 동작을 제어하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 노드는,

상기 DC 전력을 상기 노드에서 사용할 수 있는 전압으로 변환하는 DC/DC 변환부

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 노드는,

서버를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 DC/DC 변환부는,

PDB(Power Distribution Board)

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
적어도 하나의 전력원과,

상기 적어도 하나의 전력원으로부터의 전력을 공급받아 랙 내에 DC 전력을 공급하는 랙 준위 전원 공급부와,

상기 랙 내에 구비되며, 상기 랙 준위 전원 공급부로부터 상기 DC 전력을 공급받으며, 상기 적어도 하나의 전력원의 전력 공급이 중단될 때 상기 랙에 상기 DC 전력을 끊김 없이 공급하는 노드

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 노드는,

상기 적어도 하나의 전력원에서 일 전력원의 장애 발생시에 상기 적어도 하나의 전력원에서 타 전력원이 동작하기 전에 상기 DC 전력을 공급하는 무정전 노드 준위(node level) 전원 공급부

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 무정전 노드 준위 전원 공급부는,

상기 일 전력원의 정상 DC 전력 입력시 또는 상기 일 전력원의 장애 DC 전력 입력시 상기 노드에 상기 DC 전력을 끊김 없이 공급하는 무정전 전력 공급부와,

상기 랙 준위 전원 공급부로부터의 DC 전력을 상기 노드에서 사용 가능한 출 력 DC 전력으로 변환하는 DC/DC 변환부

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 무정전 전력 공급부는,

배터리와,

상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 배터리 제어부와,

상기 배터리 제어부의 상기 배터리의 충전 제어시 DC 전압 입력을 상기 배터리의 전압과 동일하게 변환하는 제1 전압 변환부와,

상기 배터리 제어부의 상기 배터리의 방전 제어시 상기 DC 전압 입력을 상기 배터리의 전압과 동일하게 변환하는 제2 전압 변환부

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 배터리 제어부는,

상기 배터리의 상태를 모니터링하는 컴퓨터와 인터페이스를 통해 연결되는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 인터페이스는,

통신 프로토콜을 통해 상기 배터리 제어부와 상기 컴퓨터를 연결하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 무정전 전력 공급부는,

상기 배터리가 완충 상태이면 턴온(turn-on)되어 상기 DC 전력을 상기 DC/DC 변환부로 제공하는 인입단 스위치와,

상기 배터리가 완충 상태가 아니면 턴온되어 상기 제2 전압 변환부에 의해 변환된 DC 전력을 상기 DC/DC 변환부로 제공하는 입출력 스위치

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 인입단 스위치는 FET(Field Effect Transistor)이며,

상기 FET는,

상기 DC 전력이 정상적으로 입력될 경우에 상기 배터리 제어부에 의해 턴온 되어 상기 FET를 온시키는 게이트 전극

을 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 입출력 스위치는 FET이며,

상기 FET는,

상기 DC 전력이 비정상적으로 입력될 경우에 상기 배터리 제어부에 의해 턴온되어 상기 FET를 온시키는 게이트 전극

을 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 DC/DC 변환부는,

상기 무정전 전력 공급부로부터의 DC 전력을 출력 전압으로 직접 연결하는 직접 연결부와,

상기 DC 전력을 상기 노드에서 사용 가능한 출력 DC 전압으로 변환시키는 전압 변환부와,

상기 DC 전력의 상태를 감시하는 전압 감시부

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 전압 변환부는,

상기 DC 전력의 레벨을 제1 설정 레벨로 강하하는 전압 강하형 변환부와,

상기 DC 전력의 레벨을 제2 설정 레벨로 승압하는 전압 승압형 변환부

를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 전압 감시부는,

ATX(Advanced Technology Extended) 전력 규격의 전력제어신호를 생성하여 상기 노드로 전송하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 노드는,

서버를 포함하는 하이브리드 데이터 센터 전력 공급 장치.