KR20140088505A - 전원 공급용 인터페이스 보드 - Google Patents

Abstract

전원 공급용 인터페이스 보드가 개시된다. 인터페이스 보드는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 외부 전원 공급 장치로부터 직류 전원을 입력 받는 입력부 및 상기 입력 받은 직류 전원을 랙(Rack)에 배치된 서버로 공급하는 공급부를 포함하고, 랙 단위로 배치된 복수개의 상기 서버에 각각 연결될 수 있다.

Description

전원 공급용 인터페이스 보드{INTERFACE BOARD FOR POWER SUPPLY}

본 발명의 실시예들은 외부 전원 공급 장치로부터의 직류 전원을 랙(Rack)에 설치된 각 서버로 직접 공급하기 위한 전원 공급용 인터페이스 보드에 관한 것이다.

근래에는 대형 데이터 센터가 등장함에 따라, 교류 즉, AC(Alternating Current) 전력 전달을 기반으로 하는 데이터 센터를 고효율의 직류 즉, DC(Direct Current) 전력 전달을 기반으로 하는 데이터 센터로 변경하고자 하는 연구가 진행 중이다.

이와 관련하여 한국공개특허공보 제10-2011-003035호(공개일 2011년 01월 11일) "직류 전력 공급 시스템"에는 직류 전력 공급 시스템이 교류 전력을 입력 받아 직류 전력을 생성하는 정류기에서 출력되는 직류 전력을 복수개의 서버에 직접적으로 공급하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 전력 공급 시스템은 각각의 서버마다 개별로 전원 장치(PSU: Power Supply Unit)를 사용하기 때문에 과부화, 정전, 전원 장치의 불량 등으로 인해 전원 공급에 문제가 생겼을 경우 서버 운용에 치명적인 영향이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 각각의 서버마다 개별로 사용되는 전원 장치의 상태에 따라 전원의 효율이 변동되어 최대의 효과를 보기 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 과부화, 정전, 전원 장치의 불량 등으로 인한 데이터 손실을 방지할 수 있고, 전원의 효율이 최상의 상태가 유지되도록 할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

PSU(Power Supply Unit)의 불량, 정전, 과부화 등으로 인해 데이터가 손실되는 것을 사전에 방지할 수 있는 전원 공급용 인터페이스 보드가 제공된다.

초기 전원 인가 시 서버에서 발생되는 돌입 전류로 인해 전압 강화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 전원 공급용 인터페이스 보드가 제공된다.

서버의 특성에 맞게 전원을 공급할 수 있는 전원 공급용 인터페이스 보드가 제공된다.

기존의 PSU가 유지하는 시간보다 길게 보조 전원을 제공할 수 있는 전원 공급용 인터페이스 보드가 제공된다.

인터페이스 보드는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 외부 전원 공급 장치로부터 직류 전원을 입력 받는 입력부 및 상기 입력 받은 직류 전원을 랙(Rack)에 배치된 서버로 공급하는 공급부를 포함하고, 랙 단위로 배치된 복수개의 상기 서버에 각각 연결될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 서버로 초기 전원 인가 시 상기 서버에서 발생되는 돌입 전류로 인한 전압 강화 현상을 방지하는 돌입 전류 보호부를 더 포함할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 상기 돌입 전류 보호부는 상기 돌입 전류 보다 높은 전류가 입력되는 경우 이를 차단하는 퓨즈를 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 공급부를 통해 전류가 입력되는 경우 전원을 차단하는 스위치를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 외부 전원 공급 장치로부터 공급되는 직류 전원을 기 설정된 전압으로 변환하는 전원 변환부를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 인터페이스 보드의 후면은 에폭시 계열의 전열체를 포함할 수 있다.

외부 전원 공급 장치로부터 서버 구동에 필요한 직류 전원을 입력 받아 서버로 직접 공급함으로써 PSU(Power Supply Unit)의 불량, 정전, 과부화 등으로 인해 데이터가 손실되는 것을 사전에 방지할 수 있다.

돌입 전류 보호 회로가 포함됨으로써 초기 전원 인가 시 서버에서 발생되는 돌입 전류로 인해 전압 강화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

외부 전원 공급 장치로부터 공급되는 직류 전원을 기 설정된 전압으로 변환하는 정전압 회로를 포함함으로써 각 서버의 특성에 맞게 직류 전원을 공급할 수 있다.

서버마다 각각 설치되어 보조 전원이 각 서버로 공급되도록 함으로써 기존의 PSU가 유지하는 시간보다 길게 보조 전원을 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 제1 소스원으로부터 불안정한 전원이 입력되는 경우 제2 소스원으로 전원 공급을 절체하는 과정을 나타내는 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 순간 전원 공급부를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 직류 전원의 부하량과 교류 전원의 가동 용량을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치가 랙에 설치된 복수개의 서버에 직류 전원을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 랙에 전원 공급 장치가 설치된 상태를 나타내는 예시도이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 인터페이스 보드를 나타내는 회로도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 있어서, 인터페이스 보드를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치를 나타내는 예시도이다.

본 발명에 따른 전원 공급 장치(100)는 데이터센터에 배치된 랙(Rack) 단위로 안정적인 직류 전원이 공급되도록 하는 한편, 전원의 효율이 최상의 상태로 유지되도록 하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 것과 같이 감시부(110), 릴레이(120), 직류 전원 공급부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.

과부화, 정전 등으로 인해 랙으로 전원이 불안정하게 공급되는 경우에는 서버에 기록된 데이터가 손실될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 전원 공급 장치(100)는 복수개의 서로 다른 소스원으로부터 교류 전원을 입력 받아 이를 다중화하고, 다중화된 교류 전원을 각각 직류 전원으로 변환하여 복수개의 랙으로 공급할 수 있다.

일 예로, 전원 공급 장치(100)로는 제1 소스원 및 제2 소스원으로부터 고압의 교류 전원이 입력될 수 있다. 이 때, 전원 공급 장치(100)는 릴레이(120)를 이용하여 제1 소스원 및 제2 소스원으로부터 입력되는 교류 전원을 선택적으로 온/오프(ON/OFF)하거나, 스위칭(Switching) 방식을 이용하여 입력되는 교류 전원을 다중화할 수 있다.

감시부(110)는 전원 공급 장치(100)로 입력되는 교류 전원을 감시한다. 예를 들어, 감시부(110)는 제1 소스원으로부터 입력되는 교류 전원의 전압과 전류 및 제2 소스원으로부터 입력되는 교류 전원의 전압과 전류를 각각 센싱(Sensing)하고 센싱된 값을 제어부(140)로 전송할 수 있다.

한편, 릴레이(120)는 제어부(140)로부터 전송되는 절체 신호에 따라 전원 공급 장치 (100)로 입력되는 교류 전원을 제1 소스원 및 제2 소스원 중 어느 하나로 절체시킨다. 상기 릴레이(130)는 일 예로, 무접점 릴레이(SSR: Solid State Relay)일 수 있다.

직류 전원 공급부(130)는 릴레이(120)를 통해 다중화되어 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 랙에 배치된 복수개의 서버로 공급한다. 일 예로, 직류 전원 공급부(130)는 전원 공급 장치(100)로 공급되는 220V의 교류 전원을 12V/100A의 직류 전원으로 변환시킬 수 있다. 이때, 직류 전원 공급부(130)는 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환시키는 복수의 PSU(Power Supply Unit)를 포함할 수 있다. 상기 PSU는 병렬로 연결되어 랙 단위로 직류 전원을 공급할 수 있다.

일 예로, 하나의 랙에 20A의 전원용량을 가지는 20개의 서버가 포함되는 경우, 상기 랙은 총 400A의 전원 용량을 요구한다. 따라서, 하나의 랙에 포함된 20개의 서버를 가동할 경우, 직류 전원 공급부(130)는 200A의 직류 전원 용량을 제공하는 5개의 PSU를 포함하여 어느 하나의 PSU가 오작동될 경우에도 나머지 4개의 PSU에 의해 400A의 직류 전원 용량이 제공되도록 함으로써 효율적인 전원이 랙에 공급되도록 할 수 있다.

제어부(140)는 감시부(110)로부터 수신한 감시 결과에 따라 교류 전원의 공급을 제1 소스원 및 제2 소스원 중 어느 하나로 절체시키는 절체 신호를 생성하여 이를 릴레이(120)로 전송한다. 일 예로, 제어부(140)는 기 설정된 시간 이상(예를 들어, 50ms 이상) 제1 소스원으로부터 불안정한 교류 전원이 입력되는 경우, 교류 전원의 공급을 제1 소스원에서 제2 소스원으로 절체시킬 수 있다. 마찬가지로, 제어부(140)는 기 설정된 시간 이상 제2 소스원으로부터 불안정한 교류 전원이 입력되는 경우, 교류 전원의 공급을 제2 소스원에서 제1 소스원으로 절체시킬 수 있다.

한편, 다른 실시예로 제어부(140)는 복수개의 소스원으로부터 전원 공급 장치(100)로 공급되는 교류 전원을 감시하는 기능을 포함하여 감시 결과에 따라 교류 전원의 공급을 상기 제1 소스원 및 상기 제2 소스원 중 어느 하나로 절체시킬 수도 있다.

제어부(140)에 의해 교류 전원의 공급이 절체되면, 순간 입력 전압이 차단되고 PSU가 동작을 정지하게 되어 출력 전원에 전압 강하 현상(Dip 현상)이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여, 전원 공급 장치(100)는 교류 전원이 절체될 때 랙에 설치된 복수개의 서버로 직류 전원을 공급하는 순간 전원 공급부(도 3의 350)를 더 포함할 수 있다.

일 예로, 순간 전원 공급부는 캐패시터(Capacitor) 및 리튬폴리머 배터리(Li polymer battery) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 순간 전원 공급부는 교류 전원이 절체될 때 캐패시터 또는 리튬폴리머 배터리에 충전된 직류 전원을 공급할 수 있다. 캐패시터, 리튬폴리머 배터리 등을 충전시킬 때에는 PSU로 공급되는 직류 전원에 영향이 미칠 수 있다. 이를 차단하기 위하여 순간 전원 공급부는 다이오드 및 FET(Field Effect Transistor) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

제어부(140)는 이와 같이 교류 전원을 절체시킨 이후 기 설정된 시간(예를 들어, 5분 내지 10분) 동안 절체 상태를 유지시키고, 공급되는 교류 전원을 감시할 수 있다. 감시 결과 불안정한 교류 전원이 공급되던 소스원으로부터 정상적으로 교류 전원이 입력되면, 제어부(140)는 다시 원 상태로 전원을 절체시킬 수도 있다.

직류 전원 공급부(130)로부터 공급되는 직류 전원은 통합기(도 3의 360)를 통해 통합되어 분배될 수 있고, 해당 인터페이스 보드(도 7의 820)와의 연결을 통해 서버 각각에 공급될 수 있다. 상기 인터페이스 보드는 초기 전원 인가 시 서버에서 발생되는 돌입 전류로 인한 전압 강화 현상을 방지할 수 있으며, 기존의 직류 전력 전달을 기반으로 하는 데이터 센터에도 적용될 수 있다. 일 예로, 본 발명에 따른 인터페이스 보드는 착탈식(모듈식)으로 구현되어, 기존의 서버에서 PSU를 뺀 공간에 결합될 수 있다.

한편, 전원 공급 장치(100)는 랙에 설치된 복수개의 서버의 운용 상태를 모니터링하고 상기 서버의 운용 상태에 따라 직류 전원 공급부에 포함되는 복수개의 PSU를 각각 활성화 또는 비활성화시키는 원격 전원 감시부를 더 포함할 수도 있다. 상기 원격 전원 감시부는 카메라, 온도 센서 등을 포함하여 서버의 가동 상태, 출력 상태 등을 원격으로 모니터링할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 2를 참조하여 두 개의 소스원으로부터 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원이 입력되는 경우를 예를 들어 설명한다.

감시부(110)는 제1 교류 전원의 전압과 전류를 센싱하는 제1 C/T 및 제2 교류 전원의 전압과 전류를 센싱하는 제2 C/T를 이용하여 각각의 교류 전원을 센싱하고 센싱된 값을 제어부(140)로 전송할 수 있다.

감시 결과 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원이 모두 안정적인 경우 상기 제1 교류 전원 및 상기 제2 교류 전원은 릴레이(120)를 통해 직류 전원 공급부(130)로 공급될 수 있다.

직류 전원 공급부(130)는 도 2에 도시된 것과 같이 복수개의 PSU(제1 PSU~제8 PSU)를 포함할 수 있다. 각각의 PSU는 일정한 전류 분배가 되도록 병렬로 사용됨으로써 발열이 최소화될 수 있고 PSU의 불량으로 인한 문제 발생을 사전에 방지할 수 있다. 또한, 기존의 전원 공급 장치는 각 서버의 개별 PSU에 AC 전원을 인가 시켜 독립 적인 동작을 하는 형태로 구현 되어 있어 정전, 과부하 등 불안정한 전원이 입력되는 경우 서버에 데이터 손실이 발생하게 되지만, 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 소스원이 다른 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원을 릴레이(120)를 통해 각각의 PSU로 공급함으로써 정전 등으로 불안전한 전원이 인가될 경우 릴레이(120)를 제어하여 입력 전원이 안정적인 쪽으로 절체되도록 할 수 있다.

이를 위하여 릴레이(120)는 일 예로, 제1 교류 전원을 절체시키는 제1~제4 릴레이와 제9~제12 릴레이 및 제2 교류 전원을 절체시키는 제5~제8 릴레이와 제13~제16릴레이를 포함할 수 있다. 상기 릴레이(120)는 제어부(140)로부터 전송되는 절체 신호에 따라 직류 전원 공급부(130)로 공급되는 교류 전원을 제1 소스원 및 제2 소스원 중 어느 하나로 절체시킬 수 있다.

제어부(140)는 감시부(110)로부터의 센싱값을 기초로 직류 전원 공급부(130)로 공급되는 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원을 감시할 수 있다. 이 때, 제어부(140)는 제1 교류 전원이 불안정하면 제1~제4 릴레이 및 제9~제12 릴레이를 절체시켜 제2 교류 전원만이 직류 전원 공급부(130)로 공급되도록 하고, 제2 교류 전원이 불안정하면 제5~제8 릴레이 및 제13~제16 릴레이를 절체시켜 제1 교류 전원만이 직류 전원 공급부(130)로 공급되도록 할 수 있다.

이후, 제어부(140)는 입력 전압이 절체된 상태에서 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원을 계속 감시하여 불안정한 전원이 공급된 교류 전원이 입력된 소스원으로부터 교류 전원이 정상적으로 입력되는 경우 다시 자기 전압을 입력 받을 수 있도록 교류 전원의 입력을 원 상태로 절체시킬 수 있다. 이 때, 제어부(140)는 전압 강하 현상(Dip 현상)의 발생을 방지하기 위하여 직류 전원을 공급한 캐패시터 또는 리튬폴리머 배터리가 충전 시간을 가져야 하므로, 약 30초 정도의 딜레이를 가지고 교류 전원의 입력을 원 상태로 절체시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서 전원 공급 장치의 세부 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서 제1 소스원으로부터 불안정한 전원이 입력되는 경우 제2 소스원으로 전원 공급을 절체하는 과정을 나타내는 예시도이다.

과부화, 정전 등으로 인해 전원이 불안정하게 공급되는 경우에는 서버에 기록된 데이터가 손실될 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위하여 전원 공급 장치는 서로 다른 소스원으로부터 교류 전원을 다중화하여 공급 받을 수 있다. 도 3에는 일 예로, 입력 전원이 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원으로 이중화된 것이 도시되어 있다.

제1 교류 전원 및 제2 교류 전원이 공급되면, 감시부(110)는 제1 C/T(310) 및 제2 C/T(320)를 이용하여 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원 각각의 전압과 전류를 센싱하고 센싱값을 제어부(140)로 전송한다.

릴레이(120)는 도 3에 도시된 것과 같이 복수개의 무접점 릴레이(Relay1 내지 Relay16)로 구현되어, 직류 전원 공급부(130)에 포함되는 각각의 PSU(PSU1 내지 PSU8)로 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원을 전달한다. 도 3에는 일 예로, 제1 교류 전원이 제1 릴레이 내지 제4 릴레이 및 제9 릴레이 내지 제12 릴레이를 통해 제1 PSU 내지 제8 PSU로 공급되고, 제2 교류 전원이 제5 릴레이 내지 제8 릴레이, 제13 릴레이 내지 제16 릴레이를 통해 제1 PSU 내지 제8 PSU로 공급되는 것으로 도시되어 있지만, 상기 릴레이 및 상기 PSU의 개수는 필요에 따라 변형 실시될 수 있다.

제1 교류 전원 및 제2 교류 전원이 모두 안정적인 경우, 도 4(a)에 도시된 것과 같이 제1 교류 전원 및 제2 교류 전원은 릴레이(120)를 통해 직류 전원 공급부(130)로 공급될 수 있다. 그러나, 도 4(b)에 도시된 것과 같이 제1 교류 전원이 안정적이지 않은 경우에는 제어부(140)의 절체 신호에 따라 제1 릴레이 내지 제4 릴레이 및 제9 릴레이 내지 제12 릴레이가 직류 전원 공급부(130)로 공급되는 제1 교류 전원을 제2 교류 전원으로 절체시킬 수 있다.

이를 위하여 제어부(140)는 감시부(110)로부터 수신한 센싱값을 기초로 교류 전원의 공급을 제1 소스원 및 제2 소스원 중 어느 하나로 절체시키는 절체 신호를 생성하여 이를 해당하는 릴레이로 전송할 수 있다.

일 예로, 제어부(140)는 기 설정된 시간 이상(예를 들어, 50ms 이상) 제1 소스원으로부터 불안정한 교류 전원이 입력되는 경우, 교류 전원의 공급을 제1 소스원에서 제2 소스원으로 절체시킬 수 있다. 마찬가지로, 제어부(140)는 기 설정된 시간 이상 제2 소스원으로부터 불안정한 교류 전원이 입력되는 경우, 교류 전원의 공급을 제2 소스원에서 제1 소스원으로 절체시킬 수 있다.

제어부(140)에 의해 교류 전원의 공급이 절체되면, 순간 입력 전압이 차단되고 PSU가 동작을 정지하게 되어 부하량이 순간적으로 상승함에 따라 출력 전원에 전압 강하 현상(Dip 현상)이 발생하기 때문에, 순간 전원 공급부(350)는 이를 방지하기 위하여 직류 전원 공급부(130)로 공급되는 교류 전원이 절체될 때 랙으로 직류 전원을 공급한다. 상기 순간 전원 공급부(350)는 일 예로, 직류 전원 공급부(130)로 공급되는 교류 전원이 절체될 때 캐패시터 또는 리튬폴리머 배터리에 충전된 직류 전원을 랙으로 공급할 수 있다.

순간 전원 공급부(350)는 이중화된 교류 전원을 직류 전원을 정류하는 정류 회로와 정류된 직류 전원이 일정 전압을 유지하도록 하는 정전압 회로를 포함할 수 있다. 또한, 캐패시터 또는 리튬폴리머 배터리를 충전할 때 PSU에 영향이 미치는 것을 차단하기 위하여 다이오드 또는 FET를 포함할 수 있다. 따라서, 순간 전원 공급부(350)는 입력되는 교류 전원 중 어느 한쪽에 문제가 생기더라도 정상인 전원으로 캐패시터 또는 리튬폴리머 배터리를 충전시킬 수 있다. 이와 같이 직류 전원으로 캐패시터 또는 리튬폴리머 배터리를 충전하지 않고, 별도의 전원을 이용하는 이유는 초기 전원 투입 시 충전소재의 특성이 쇼트 값을 가지므로 출력을 바로 연결 하게 되면 PSU 전원 출력이 순간 쇼트 되는 것과 같은 현상이 발생되어 출력이 정상적으로 출력되지 못하기 때문이다. 이를 보완 하기 위하여 순간 전원 공급부(350)는 충전소재와 PSU 출력간 전기적인 스위치를 이용하여 충전소재가 일정 수준까지는 교류 전원을 통해 충전되도록 하고, 그 이상으로 넘어 가면 스위치를 연결하여 출력과 연동 되도록 할 수 있다.

한편, 제어부(140)는 제3 C/T(330)를 이용하여 직류 전원 공급부(130)에 포함된 제1 PSU 내지 제8 PSU의 상태를 감시하고, 서버 운용 용량에 따라 각각의 PSU를 활성화 또는 비활성화시킴으로써 전원 공급 장치의 효율이 항상 최대치로 유지되도록 할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(140)에 연결된 표시부(340)를 통해 제1 교류 전원, 제2 교류 전원 및 제1 PSU 내지 제8 PSU에 대한 정보가 표시되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 원격 전원 감시 장치로 제1 교류 전원, 제2 교류 전원 및 제1 PSU 내지 제8 PSU에 대한 정보를 전송하거나 원격 전원 감시 장치로부터 절체 신호를 수신할 수 있다.

제어부(140)는 직류 전원 공급부(130)로 공급되는 교류 전원이 절체되면 기 설정된 시간(예를 들어, 5분 내지 10분) 동안 절체 상태를 유지시키고, 교류 전원 공급부(110)로부터 공급되는 교류 전원을 감시할 수 있다. 감시 결과 불안정한 교류 전원이 입력된 소스원으로부터 정상적으로 교류 전원이 입력되면, 제어부(140)는 다시 원 상태로 전원을 절체시킬 수 있다.

직류 전원 공급부(130)로부터 공급되는 직류 전원은 통합기(360)를 통해 통합된 후 랙에 설치된 각각의 서버로 공급될 수 있다.

종래의 전원 공급 장치는 각각의 서버 마다 개별 전원을 사용하여 전원 장치에 문제가 생겼을 경우 서버 운용에 치명적인 영향을 주는 형태로 구성이 되어 있었으며, PSU의 효율은 개별로 사용 되는 전원 장치의 상태에 따라 효율이 변동되어 최대의 효과를 보지 못하는 형태로 구성되어 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 상술한 바와 같이, 복수개의 PSU(제1 PSU ~ 제8 PSU)를 병렬로 사용하여 일정한 전류 분배가 되도록 함으로써 발열을 최소화할 수 있으며, PSU의 불량으로 인한 문제 발생을 사전에 방지할 수 있다. 또한, 원격 전원 감시부를 이용하여 서버의 운용 상태에 따라 각각의 PSU를 활성화 또는 비활성화시킴으로써 전원 공급 장치가 항상 최상의 상태가 되도록 유지 되도록 할 수 있다.

또한, 종래의 전원 공급 장치는 각 서버의 개별 PSU에 교류 전원을 인가시켜 독립 적인 동작을 하는 형태로 구현 되어 있어 정전 등과 같은 불안정한 입력 전원에 대한 대비책이 없었으나, 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 소스원이 다른 두 개의 입력 전원(제1 교류 전원 및 제2 교류 전원)을 릴레이(120)를 거쳐 각각의 PSU에 공급되도록 함으로써 정전과 같은 불안전한 전원이 인가될 때 제어부(140) 또는 원격 전원 감시부로부터의 절체 신호에 따라 입력 전원이 안전한 쪽으로 절체되도록 할 수 있고, 기 설정된 시간(예를 들어, 5~10분) 정도 절체를 유지 하면서 입력 전원을 감시함으로써 이상이 발생한 소스원으로부터 정상적으로 전원이 공급되면 다시 원 상태로 전원이 절체되도록 할 수 있다.

한편, 순간 전원 공급부(350)는 입력 전원이 절체될 때 순간적으로 직류 전원을 공급하기 위하여 리튬폴리머 배터리 또는 캐패시터를 포함할 수 있다. 일반적인 배터리를 이용하여 직류 전원을 공급하는 경우, 이는 부피 문제와 특성상 충, 방전 혹은 자연 방전에 의한 수명 단축으로 주기적인 점검이 필요하며, 일정 기간이 지나면 유지 보수 및 관리 비용을 무시하지 못한다. 또한, 일반적인 배터리는 특성상 공칭 전압을 가지고 있어 일정 전압까지는 순간적으로 전압이 방전되는 특성을 가지고 있는데, 이를 보완 하기 위하여 공칭 전압까지만 충전시키면 배터리의 수명이 짧아지는 원인이 되며, 배터리 전압을 만충시키면 Dip 현상 발생 시 배터리의 전압이 순간 공칭 전압까지 방전되어 서버가 리셋 되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 반 영구적으로 사용 할 수 있는 캐패시터를 이용함으로써 관리 비용이나 유지 보수 비용을 줄일 수 있고, 충전된 전압까지 무리 없이 사용이 가능하며, 배터리에 비해 충전 시간을 짧게 가져갈 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 제어부 또는 원격 전원 감시부를 이용하여 실시간 관리가 가능하고, 서버 사용량에 따라 각각의 PSU을 활성화 혹은 비활성화시킴으로써 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있으며, 입력 전압 혹은 전류를 감지 하여 입력 전압이 불안정할 경우 릴레이를 입력 전원을 절체시키고 절체 후 입력 전압을 일정 시간 동안 감시하여 정상으로 복귀되면 절체된 전원을 다시 원 상태로 복귀 시켜 입력에 걸리는 부하가 분담되도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서 순간 전원 공급부를 나타내는 회로도이고, 도 6은 순간 전원 공급부를 세부적으로 나타낸 회로도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서 직류 전원의 부하량과 교류 전원의 가동 용량을 나타내는 그래프이다.

순간 전원 공급부(350)는 일 예로 도 5에 도시된 것과 같이, 슈퍼 캐패시터가 직렬로 연결될 수 있으며, 필요에 따라 교체작업이 용이하도록 일정 용량으로 구분된 패키지를 착탈 가능하도록 구현할 수도 있다. 슈퍼 캐패시터는 자기 전압내력 보다 출력 전압이 높으면 소손될 수 있기 때문에, 슈퍼 캐패시터를 직렬로 연결하여 출력 전압 보다 높도록 구성할 수 있다. 한편, 순간 전원 공급부(350)는 슈퍼 캐패시터를 충전할 때 PSU에 영향이 미치는 것을 차단하기 위하여 다이오드 또는 FET(510)를 포함할 수 있다.

또한, 순간 전원 공급부(350)는 도 5에 도시된 것과 같이, 앞단에 슈퍼 캐패시터에 직류 전원을 충전시키기 위한 별도의 정류 회로와 이중화된 교류 전원을 직류 전원을 정류하는 정류 회로와 정전압 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 순간 전원 공급부(350)는 입력되는 교류 전원 중 어느 한쪽에 문제가 생기더라도 정상적인 전원을 슈퍼 캐패시터에 충전시킬 수 있다. 이와 같이 직류 전원으로 슈퍼 캐패시터를 충전시키지 않고, 별도의 전원을 이용하는 이유는 초기 전원 투입 시 슈퍼 캐패시터의 특성이 쇼트 값을 가지므로 출력을 바로 연결 하게 되면 PSU 전원 출력이 순간 쇼트 되는 것과 같은 현상이 발생되어 출력이 정상적으로 출력되지 못하기 때문이다. 이를 보완 하기 위하여 순간 전원 공급부(350)는 슈퍼 캐패시터와 PSU 출력간 전기적인 스위치를 이용하여 슈퍼 캐패시터가 일정 수준까지는 교류 전원을 통해 충전되도록 하고, 그 이상으로 넘어 가면 스위치를 연결하여 출력과 연동 되도록 할 수 있다.

한편, 입력 전원이 절체되면 도 7에 도시된 그래프의 D영역과 같이, 부하량이 순간적으로 상승함으로써 Dip 현상이 발생된다. 이를 보완하기 위하여 순간 전원 공급부는 입력 전원이 절체될 때 리튬폴리머 배터리 또는 캐패시터에 충전된 직류 전원을 직류 전원 공급부 대신 순간적으로 공급할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 장치가 랙에 설치된 복수개의 서버에 직류 전원을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

복수개의 소스원으로부터 전원 공급 장치(100)로 입력된 220V의 교류 전원은 릴레이(120)를 통해 다중화되어 직류 전원 공급부(130)로 공급될 수 있다. 상기 릴레이(120)는 복수개의 교류 전원 입력을 선택적으로 온/오프(ON/OFF) 제어하거나, 스위칭(Switching) 방식을 이용하여 교류 전원의 입력을 다중화할 수 있다.

직류 전원 공급부(130)는 릴레이(120)를 통해 공급된 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 일 예로, 직류 전원 공급부(130)는 교류 전원을 대략 12V/100A의 직류 전원으로 변환시킬 수 있다. 상기 직류 전원 공급부(130)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환시키는 복수개의 PSU로 구성될 수 있다.

통합기(360)는 직류 전원 공급부(130)에서 변환된 직류 전원을 통합하며, 일 예로 통합기(360)는 전원을 전달하기 위한 전도체인 버스바(Bus Bar)를 통해 직류 전원 공급부(130)와 상호 연결될 수 있다. 한편, 통합기(360)는 안정적인 전원 공급을 위해 직류 전원 공급부(130)로부터 공급되는 직류 전원이 대략 24V 이내 또는 12V의 직류 전원으로 분배되도록 할 수 있다.

랙(800)에는 통합기(360)를 통해 공급되는 직류 전원을 제공받는 적어도 하나 이상의 서버(810)가 포함될 수 있다. 상기 서버(810)는 도 8에 도시된 것과 같이 각각 인터페이스 보드(820)를 통하여 전원 공급 장치(100)와 연결될 수 있다.

상기 인터페이스 보드(820)는 통합기(360)를 통해 제공된 직류 전원을 서버(810)에 공급하기 위한 것으로, 케이블과 같은 연결라인을 단순화시킬 수 있다. 통합기(360)와 인터페이스 보드(820)는 일대일 케이블로 직접 연결될 수 있다.

또한, 인터페이스 보드(820)는 돌입 전류 보호 회로를 포함함으로써 초기 전원 인가 시 서버(810)에서 발생되는 돌입 전류로 인한 전압 강화 현상을 방지할 수 있으며, 기존의 직류 전원 전달을 기반으로 하는 서버에도 적용될 수 있다.

한편, 인터페이스 보드(820)는 노이즈 제거 회로를 포함할 수 있다.

일 예로, 본 발명에 따른 전원 공급 장치(100)는 각각의 서버(810)에 적합한 인터페이스 보드(820)를 이용하여 랙(800)에 설치된 복수개의 서버(810)들로 직류 전원을 공급할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전원 공급 장치(100)는 상기 인터페이스 보드(820)의 사용으로 인해, 일반적인 서버에도 직접적으로 직류 전원을 공급할 수 있으며, 따라서 랙(800)에는 다양한 종류의 서버(810)가 추가될 수 있다.

인터페이스 보드(820)의 후면은 에폭시 계열 등의 절연체를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 인터페이스 보드(820)의 절연체(미도시)는 고전류에 대한 안전을 확보할 수 있는 일종의 커버 역할과, 인터페이스 보드(820)가 서버(810)의 안쪽 메인 보드(미도시)와 접속되도록 가이드하는 역할을 수행함으로써, 인터페이스 보드(820)의 안전하고 정확한 접속을 가능하게 한다.

한편, 본 발명에 따른 전원 공급 장치(100)는 순간 전원 공급부(편의상 미도시하였으나 도 3의 350)를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 순간 전원 공급부는 직류 전원 공급부(130)와 연결되는 슈퍼 캐패시터로 구현될 수 있다. 순간 전원 공급부(350)는 직류 전원이 충전될 수 있으며, 비상시 각 서버(810)로 전원을 공급할 수 있다.

구체적으로, 순간 전원 공급부는 직류 전원 공급부(130)의 부하량이 순간적으로 상승함으로써 직류 전원 공급부(130)가 순간적인 변동에 즉시 대응하지 못하고 일정한 시간의 지연을 가진 후에 완만하게 변동에 대응함으로써 발생하는 DIP 현상을 보완할 수 있다. 이때, 순간 전원 공급부는 인터페이스 보드(820)로 직류 전원을 공급하여 안정적인 전원 공급이 확보될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 순간 전원 공급부는 복수개의 소스원으로부터 공급되는 교류 전원 중 어느 하나에 장애가 발생될 경우 해당 소스원 대신 안정적인 교류 전원을 공급하는 다른 소스원으로 교류 전원의 공급을 전환시킴에 있어서 발생될 수 있는 전환시간 지연에 따른 순간정전 발생에 대응하여, 직류 전원을 공급할 수 있다. 즉, 순간 전원 공급부는 순간 정전 발생과 같은 공급 전원의 이상 발생될 경우, 응급으로 서버로(820)로 전원을 공급하여 안정적인 전원 공급이 되도록 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서 랙에 전원 공급 장치가 설치된 상태를 나타내는 예시도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서 전원 공급 장치를 나타내는 사시도이다.

도 9에 도시된 것과 같이, 하나의 랙(800)에는 하나의 전원 공급 장치(100)가 격납될 수 있다. 전원 공급 장치(100)는 상술한 바와 같이 릴레이(120), 직류 전원 공급부(130), 통합기(360) 등을 포함할 수 있으며, 통합기(360)는 직류 전원 공급부(130)로부터 공급되는 직류 전원을 인터페이스 보드(820)를 통해 랙(800)에 설치된 각 서버(810)로 공급할 수 있다.

이 때, 전원 공급 장치(100)는 랙(800)의 상부 또는 중앙부에 위치할 수 있다. 일예로, 도 9에 도시된 것과 같이 전원 공기 장치(100)가 랙의 중앙부에 위치하는 경우, 랙(800)에 설치된 복수개의 서버(810) 중 최상단과 최하단에 위치하는 서버들 사이에서는 대략 0.2 ~ 0.3V의 전압 드랍(Drop)이 발생할 수 있다. 이를 보상하기 위해, 직류 전원 공급부(130)는 0.3V 만큼 직류 전원의 출력을 증가시킬 수 있다.

한편, 하나의 랙(800)에 20A의 전원용량을 가지는 20개의 서버(810)가 포함되는 경우, 상기 랙(800)은 총 400A의 전원 용량이 필요하다. 따라서, 20개의 서버(810)를 초기 가동할 경우, 직류 전원 공급부(130)에서 공급되는 직류 전원의 용량인 500A의 80% 선에서 동작 가능하다. 예를 들어, 직류 전원 공급부(130)가 200A의 직류 전원 용량을 제공하는 5개의 PSU를 포함하는 경우, 어느 하나의 PSU가 오작동될 경우에도 나머지 4개의 PSU가 400A의 직류 전원 용량을 제공 할 수 있기 때문에, 서버(810)에 안정적으로 전원이 공급될 수 있다. 뿐만 아니라, 정상 작동 상태에서, 복수개의 서버(810) 중 1대의 부하를 약 12A로 가정할 경우 20개의 서버(810)는 대략 240A의 직류 전원 용량이 요구됨에 따라, 직류 전원 공급부(130)가 400A의 직류 전원 용량을 공급하더라도 대략 60%의 부하 동작이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 이러한 구성으로 인해 전원 공급의 안정성을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전원 공급 장치는 일 예로, 도 10에 도시된 것과 같이 릴레이(120), 직류 전원 공급부(130), 제어부(140), 순간 전원 공급부(350) 등을 내장하는 하나의 장치로 구현되어 각각 랙에 격납될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 인터페이스 보드를 나타내는 회로도이다.

인터페이스 보드는 직류 전원을 서버로 공급하는 한편, 서버로 초기 전원을 인가할 때 서버로부터 발생되는 돌입 전류가 최소한으로 발생되도록 제어하여, 돌입 전류로 인해 Dip 현상이 발생하는 것을 방지함으로써 안정된 전원이 공급되도록 한다.

이를 위하여 도 11에 도시된 것과 같이, 입력단에 스위치를 추가하여 최종 출력단에서 문제 발생시 전원을 차단하도록 할 수 있다. 또, 전원 변환부를 추가하여 보조 전원(일 예로 3.3V 등)이 추가로 안정되게 서버로 공급되도록 할 수도 있다.

인터페이스 보드의 커넥터는 서버에 연결이 가능한 제품이 적용될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 있어서, 인터페이스 보드를 나타내는 사시도이다.

인터페이스 보드는 일 예로 도 12에 도시된 것과 같이, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 외부 전원 공급 장치로부터 직류 전원을 입력 받는 입력부(1210) 및 상기 입력 받은 직류 전원을 랙(Rack)에 배치된 서버로 공급하는 공급부(1220)를 포함하여 기존의 PSU 대신 랙 단위로 배치된 서버들 각각에 직접 연결될 수 있다. 이 때, 인터페이스 보드는 서버의 DC 용량과 서버와의 접속 방식에 따라 다르게 제작될 수 있다.

인터페이스 보드는 서버로 초기 전원 인가 시 서버에서 발생되는 돌입 전류로 인한 전압 강화 현상을 방지하는 돌입 전류 보호부(1230)를 포함할 수 있다. 이 경우, 돌입 전류 보호부(1230)에는 돌입 전류 보다 높은 전류가 입력되는 경우 이를 차단하는 퓨즈가 포함될 수 있다.

또한, 도 12에는 도시되지 않았지만 인터페이스 보드는 공급부(1220)를 통해 전류가 입력되는 경우 전원을 차단하는 스위치를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 인터페이스 보드는 외부 전원 공급 장치로부터 공급되는 직류 전원을 기 설정된 전압으로 변환하는 전원 변환부를 포함하여 보조 전원이 추가로 안정되게 서버로 공급되도록 할 수도 있다.

한편, 인터페이스 보드는 돌입 전류 방지 회로의 방열과 그라운드(GND: Ground) 보장을 위한 버스 바(1240)를 포함할 수 있으며, 인터페이스 보드의 후면은 에폭시 계열의 전열체로 구성될 수 있다. 또한, 인터페이스 보드에는 서버에 전원이 공급되는 상태를 확인하고 조정하기 위한 상태표시 점등 LED가 포함될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서, 전원 공급 방법을 나타내는 흐름도이다.

전원 공급 장치는 데이터센터에 배치된 랙(Rack) 단위로 안정적인 직류 전원이 공급되도록 하는 한편, 전원의 효율이 최상의 상태로 유지되도록 하기 위하여 복수개의 서로 다른 소스원으로부터 교류 전원을 입력 받아 이를 다중화한다(1310).

이 때, 전원 공급 장치의 감시부는 상기 소스원으로부터 공급되는 교류 전원을 감시한다(1320). 일 예로, 전원 공급 장치의 입력 전원이 제1 교류 전원과 제2 교류 전원으로 이중화되어 있는 경우, 감시부는 제1 교류 전원의 전압과 전류 및 제2 교류 전원의 전압과 전류를 각각 센싱(Sensing)하고 센싱값을 제어부로 전송할 수 있다.

전원 공급 장치의 제어부는 감시부로부터 수신한 센싱값을 기초로 제1 교류 전원 또는 제2 교류 전원에 전원 장애가 발생함을 감지하면(1330), 교류 전원의 공급을 정상 동작 중인 소스원으로 절체시키는 절체 신호를 생성하고 이를 릴레이로 전송함으로써 안정적으로 교류 전원이 공급되도록 한다(1340). 릴레이는 제어부로부터 전송되는 절체 신호에 따라 교류 전원 공급부로부터 공급되는 교류 전원을 제1 소스원 및 제2 소스원 중 어느 하나로 절체시키는 것으로, 일 예로 무접점 릴레이일 수 있다.

전원 공급 장치의 제어부는 일 예로, 기 설정된 시간 이상(예를 들어, 50ms 이상) 제1 소스원으로부터 불안정한 교류 전원이 입력되는 경우 교류 전원의 공급을 제1 소스원에서 제2 소스원으로 절체시킬 수 있고, 마찬가지로 기 설정된 시간 이상 제2 소스원으로부터 불안정한 교류 전원이 입력되는 경우 교류 전원의 공급을 제2 소스원에서 제1 소스원으로 절체시킬 수 있다.

교류 전원의 공급이 절체되면, 순간 입력 전압이 차단되고 PSU가 동작을 정지하게 되어 출력 전원에 Dip 현상이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여, 전원 공급 장치의 순간 전원 공급부는 교류 전원의 공급이 절체될 때 캐패시터 또는 리튬폴리머 배터리에 충전된 직류 전원을 서버로 공급할 수 있다. 캐패시터, 리튬폴리머 배터리 등을 충전될 때에는 PSU로 공급되는 직류 전원에 영향이 미칠 수 있기 때문에 이를 차단하기 위하여 순간 전원 공급부는 다이오드 및 FET(Field Effect Transistor) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

한편, 제어부는 이와 같이 교류 전원의 공급을 절체시킨 이후 기 설정된 시간(예를 들어, 5분 내지 10분) 동안 절체 상태가 유지되도록 하고, 교류 전원 공급부로부터 공급되는 교류 전원을 감시할 수 있다. 감시 결과, 불안정한 교류 전원이 입력된 소스원으로부터 다시 정상적으로 교류 전원이 입력되는 것이 확인되면 제어부)는 다시 원 상태로 전원이 공급되도록 절체시킬 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 공급되는 교류 전원은 직류 전원 공급부를 통해 직류 전원으로 변환되어 랙에 배치된 복수개의 서버로 공급될 수 있다(1350). 이 때, 직류 전원 공급부는 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환시키는 복수의 PSU를 포함할 수 있다. 상기 PSU는 병렬로 연결되어 복수개의 서버로 직류 전원을 공급할 수 있다.

직류 전원 공급부로부터 공급되는 직류 전원은 통합기를 통해 통합된 후 랙에 배치된 복수개의 서버로 분배되어 공급될 수 있다. 전원 공급 장치와 서버를 연결해 주는 인터페이스 보드가 초기 전원 인가 시 상기 서버에서 발생되는 돌입 전류로 인한 전압 강화 현상을 방지하여 서버의 각 구성 요소에 전원을 공급할 수 있다. 상기 인터페이스 보드는 기존의 직류 전원 전달을 기반으로 하는 서버에도 적용될 수 있다.

한편, 랙에 설치된 복수개의 서버의 운용 상태는 원격 전원 감시부를 이용하여 모니터링할 수 있다. 상기 원격 전원 감시부는 서버의 운용 상태에 따라 직류 전원 공급부에 포함되는 복수개의 PSU를 각각 활성화 또는 비활성화시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (1)

1. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 외부 전원 공급 장치로부터 직류 전원을 입력 받는 입력부; 및
   상기 입력 받은 직류 전원을 랙(Rack)에 배치된 서버로 공급하는 공급부
   를 포함하고,
   랙 단위로 배치된 복수개의 상기 서버에 각각 연결되고,
   상기 외부 전원 공급 장치는,
   복수의 소스원으로부터 입력되는 교류 전원을 선택적으로 온/오프하거나 스위칭하고, 상기 교류 전원을 상기 랙 단위의 직류 전원으로 변환시키는 복수의 전원 공급부를 포함하는 인터페이스 보드.

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