데이터 센터의 전류 감지
데이터 센터의 효율성, 신뢰성 및 확장성 확보
데이터 센터는 인공지능, 클라우드 컴퓨팅, 디지털 서비스의 급속한 성장에 힘입어 근본적인 변화를 겪고 있습니다. 컴퓨팅 성능이 향상됨에 따라 에너지 수요도 함께 증가하여, 기존 인프라를 한계까지 몰아붙이고 있으며, 전력 생산, 공급, 관리 방식에 대한 전면적인 재검토를 요구하고 있습니다.
기존의 AC 기반 시스템에서 새롭게 등장하는 DC 아키텍처에 이르기까지, 데이터 센터는 더욱 효율적이고 확장성이 뛰어나며 고밀도인 설계로 진화하고 있습니다. 이러한 맥락에서 정확하고 신뢰할 수 있는 전류 측정은 성능, 안전성 및 에너지 최적화의 초석이 되었습니다.
LEM은 전력망 인프라부터 서버 랙에 이르기까지 데이터 센터 전력 체인 전반에 걸쳐 첨단 전류 감지 솔루션을 제공함으로써 이러한 변화를 지원하며, 운영자가 효율성을 높이고 가동 시간을 보장하며 차세대 아키텍처에 대비할 수 있도록 돕습니다.
데이터 센터에서 전류 측정이 중요한 이유
점점 더 복잡해지는 전력 변환 체인의 제어
현대 데이터 센터는 중전압 전력망 입력 전압을 프로세서에 공급되는 서브볼트 수준까지 낮추는 다단계 전력 변환 방식에 의존합니다. AC/DC, DC/DC, IBC, PoL 등 각 단계에서는 안정적이고 효율적인 작동을 보장하기 위해 정확한 전류 피드백이 필요합니다.
정밀한 전류 감지를 통해 다음이 가능해집니다:
- 스위칭 소자(SiC 및 GaN 포함)의 정밀 제어
- 빠르고 동적인 부하 변동(AI 워크로드에서 흔히 나타나는 현상) 하에서도 안정적인 작동
- 모든 단계에서 변환 효율 최적화
스위칭 주파수가 증가하고 아키텍처가 더욱 집적화됨에 따라, 제어 루프의 안정성을 유지하고 손실을 최소화하기 위해서는 고대역폭 감지가 필수적입니다.
손실 감소 및 에너지 효율 향상
데이터 센터 규모에서는 사소한 비효율성조차도 상당한 에너지 손실로 이어질 수 있습니다. 이러한 손실은 주로 전도 효과(I²R), 스위칭 현상, 그리고 전원 공급망 전반에 걸쳐 반복되는 AC/DC 및 DC/DC 변환 단계에서 발생합니다.
정확한 전류 측정은 역률 보정(PFC)을 최적화하고, 부하를 균형 있게 분배하며, 열적 스트레스를 줄이고, 보다 효율적인 아키텍처로의 전환을 지원하는 데 필요한 가시성을 제공합니다.
신규 도입되고 있는 고전압 직류 배전(예: 800V HVDC)은 전류 수준과 이에 따른 손실을 줄여주지만, 안전하고 효율적인 운전을 보장하기 위해서는 정밀한 직류 감지가 필요합니다.
보호 및 시스템 안전 보장
데이터 센터는 지속적인 운영과 철저한 고장 관리가 필요하기 때문에, 전류 감지는 보호 시스템의 핵심 요소입니다.
이를 통해 AC 및 DC 환경 모두에서 신속한 과전류 감지, 누설 전류 모니터링, 그리고 UPS, BBU 및 BESS 시스템에서의 배터리 모니터링이 가능합니다.
고성능 센서는 또한 빠른 응답 속도, 넓은 전류 범위 전반에 걸친 높은 정확도, 그리고 고전압 응용을 위한 갈바닉 절연 기능을 제공합니다.
이는 표준 보호 메커니즘만으로는 더 이상 충분하지 않은 하이브리드 AC/DC 시스템에서 특히 중요합니다.
모니터링 및 가동 시간 요구 사항 지원
가동 시간을 유지하려면 전력망 입력부터 랙 수준 배전에 이르는 전체 전력 공급망에 대한 완벽한 가시성이 필요합니다.
전류 감지 기능을 통해 다음이 가능해집니다.
- 중요 부하의 실시간 모니터링
- 정확한 에너지 계량
- 이상 현상의 조기 탐지
이는 전력 변동이 더 빠르고 현저하게 나타나는 고밀도 AI 기반 환경에서 필수적이며, 이로 인해 정확하고 신뢰할 수 있는 측정의 필요성이 더욱 커지고 있습니다.
차세대 데이터 센터 아키텍처 구현
AC 기반 시스템에서 부분 및 완전 DC 아키텍처로의 전환은 더 높은 DC 전압, 변환 단계의 축소, 전력 전자 장치의 더욱 긴밀한 통합 등 새로운 기술적 요구 사항을 낳고 있습니다.
이러한 요구 사항을 충족하기 위해서는 전류 센서가 더 높은 대역폭, 더 뛰어난 정확도, 강력한 EMI 내성 및 소형 통합 기능을 제공해야 합니다.
그 결과, 전류 감지는 단순한 모니터링 기능을 넘어 미래 데이터 센터 아키텍처의 핵심 기반 기술로 자리 잡고 있습니다.
AC 기반 데이터 센터 (현재의 표준)
AC 기반 아키텍처는 오늘날 데이터 센터에서 여전히 주류를 이루는 설계 방식입니다. 전력은 전력망에서 공급되어 변압을 거친 후, 여러 계층에 걸쳐 분배된 뒤 IT 장비에 도달합니다.
일반적인 아키텍처에는 다음이 포함됩니다:
- 전력망 인프라 (중전압/저전압 스위치기어 및 변압기)
- 무정전 전원 공급 장치(UPS) 시스템
- AC 전원 분배 장치(PDU)
- 서버급 전력 변환(AC/DC, DC/DC)
- 냉각 및 HVAC 시스템
이러한 각 단계는 전용 전력 변환 및 배전 장비에 의존하며, 전력망에서 칩에 이르기까지 복잡한 연결 고리를 형성합니다.
AC 기반 아키텍처는 널리 보급되어 있고 신뢰성이 높지만, 몇 가지 한계가 있습니다:
- 누적 효율 손실이 발생하는 다단계 변환 과정
- 시스템 수준에서의 가시성이 제한적이어서 최적화가 어렵다
- 특히 중복성 요구 사항이 증가함에 따라 복잡성이 가중되고 있다
- 랙 밀도 증가와 AI 워크로드로 인한 확장성 제약
데이터 센터의 전력 수준과 밀도가 높아짐에 따라, 이러한 아키텍처 전반에 걸쳐 효율성을 높이고 모니터링을 강화하는 것이 매우 중요해집니다.
LEM이 AC 기반 데이터 센터 애플리케이션 전반에서 어떤 부가가치를 제공하는지
성능, 안전성 및 신뢰성을 보장하기 위해서는 전체 AC 전원 체인에 걸쳐 정확한 전류 측정이 필요합니다.
LEM 솔루션은 다음과 같은 각 주요 단계에 적용됩니다:
데이터 센터 부문 | 데이터 센터 부문 | 측정 요구 사항 |
전력망 인프라 | 중전압/저전압 변환, 전력 입력 모니터링 | 정밀한 AC 전류 측정, 높은 절연 성능 |
백업 전원 (UPS, 배터리) | 에너지 저장, 백업 전원 공급 연속성 확보 | 고정밀 AC/DC 감지, 배터리 모니터링 |
전력 분배 (PDU, RPP) | 전력 라우팅, 분기 회로 모니터링 | 부하 모니터링, 소형 감지 솔루션 |
전력 변환 (PSU, AC/DC, DC/DC) | 전압 변환, 전력 조정 | 고대역폭 전류 감지, 고속 스위칭 제어 |
냉난방, 환기 및 공조 | 열 관리 (팬, 펌프, 압축기) | 모터 제어, 가변 주파수 드라이브 |
AC 데이터 센터용 LEM 제품
LEM은 업계에서 가장 폭넓은 전류 감지 제품 포트폴리오 중 하나를 보유하고 있으며, 전력망 인프라와 백업 전원에서부터 전력 분배, 변환 및 냉각 시스템에 이르기까지 전체 전력 체인에 걸친 AC 데이터 센터 애플리케이션을 지원합니다.
전력망 인프라 | 비상 전원 | 전력 배전 | 전력 변환 | 난방, 환기 및 공조 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 제품 시리즈 | |||||||||||||||
| 대역폭 | 27kHz - 82kHz | 0,05kHz - 500kHz | 3kHz | 100kHz - 350kHz | 90kHz - 450kHz | 100kHz - 200 kHz | 0,05kHz - 500kHz | 0,03kHz - 30kHz | 0,02kHz - 0,1kHz | 320 kHz | 25kHz | 240kHz | 300 kHz | 25 kHz | 100kHz - 200kHz |
| 전력 소비 | 70mA | - | 20mA | 25mA | 19mA | 10mA - 19mA | - | 4 - 20mA | 4 - 20mA | Vref +/- 1.65 V | 4V | 2.5 +/- 0.625 V | 20mA | 4V | 33mA - 49mA |
| 최대 전류 범위 | 3000A - 6000A | 1000 A | 2000A - 20000A | 20A - 625A | 25A - 300A | 55A - 226A | 1000 A | 50A - 400A | 5A - 400A | 50A - 200A | 500A - 2500A | 150A - 1100A | 10A - 75A | 1500 - 7500 A | 200A - 3400A |
| 공급 전압 | 24V | - | 15V - 15V | 5V | 3,3V - 5V | 12V - 15V | - | 12V - 24V | 24V - 24V | 3,3V - 3,3V | 15V - 15V | 5V - 5V | 3.3V - 5V | 12 V - 12V | 12V - 24V |
| 장착 방식 | Panel | Busbar | Panel | PCB, Panel | PCB | PCB | Busbar | Panel, DIN Rail | Panel, DIN Rail | SOIC 10 | Panel | Panel | SOIC 16 | Panel | Panel |
| 출력 | Current | Voltage | Current, Voltage | Voltage | Voltage | Current | Voltage | Current, Voltage | Current, Voltage | Analog | Voltage | Voltage | Analog | Voltage | Current |
| 정확도 | 0,05% | 0,5% | 1% | 1% - 1,35% | 1% | 0,3% - 0,41% | 0,5% | 1% | 1% | 2% | 1% | 1% | 1,3% - 3% | 1% | 0,2% - 0,6% |
부분적 DC 데이터 센터 (신흥 아키텍처)
부분 직류(DC) 아키텍처는 기존의 교류(AC) 배전 방식과 랙 또는 하위 시스템 수준에서 점차 확대되고 있는 직류(DC) 사용을 결합한 하이브리드 방식입니다.
이 모델에서는:
- 시설 수준에서는 여전히 교류 전원이 사용됩니다.
- 부하(랙, 행 또는 IT 수준)에 더 가까운 곳에서 직류 배전이 도입됩니다.
- 새로운 변환 단계(예: HVDC, IBC)가 교류/직류 체인의 일부를 대체합니다.
대표적인 요소로는 다음이 있습니다:
- AC 전력망 인프라 및 UPS 시스템
- DC 버스 (예: 48V 또는 800V와 같은 고전압 DC)
- 중간 버스 컨버터(IBC) 및 부하점(PoL) 컨버터
이 아키텍처는 그리드와 칩 간의 변환 단계를 줄여 전체 전력 경로를 단순화합니다. 기존의 AC 기반 시스템과 비교할 때, 부분 DC 아키텍처는 다음과 같은 상당한 이점을 제공합니다:
- 변환 단계가 적어 전체 효율이 향상됨
- 더 높은 전압에서 더 낮은 전류 수준: I²R 손실 감소
- 더 높은 전력 밀도로 AI 워크로드를 더 효과적으로 지원
- 확장성이 향상되어 고전력 환경에서 더 간편한 전력 분배가 가능
예를 들어, 고전압 직류(DC) 배전(예: ~800V DC)을 사용하면 동일한 전력을 공급할 때 필요한 전류를 줄일 수 있고, 배선 복잡성을 낮추며, 열 성능을 향상시킬 수 있습니다.
이러한 장점들 덕분에 부분적 DC 아키텍처는 랙 전력 소비량이 극도로 높아질 수 있는 차세대 AI 데이터 센터에 특히 적합합니다.
LEM이 부분적 DC 데이터 센터 전반에서 어떤 부가가치를 창출하는가
데이터 센터 부문 | 주요 기능 | 측정 요구 사항 |
전력망 인프라 | AC 전원 공급, 중전압/저전압 변환 | 정확한 교류 측정, 절연 |
백업 전원 (UPS, BBU, BESS) | 분산형 에너지 저장 | 고정밀 직류 감지, 빠른 응답 |
전력 분배 (DC 버스) | DC 전력 라우팅 및 보호 | 직류 전류 모니터링, 고장 감지 |
전력 변환 (HVDC, IBC, PoL) | 고효율 변환 | 고대역폭 감지, 고속 스위칭 제어 |
냉난방, 환기 및 공조 | 고효율 열 관리 시스템 | 모터 제어, 직류 구동 모니터링 |
부분 직류(DC) 데이터 센터용 LEM 제품
데이터 센터가 하이브리드 AC/DC 설계로 전환됨에 따라, LEM은 부분 DC 아키텍처의 새로운 성능, 보호 및 효율성 요구 사항을 충족하기 위한 다목적 전류 감지 솔루션 포트폴리오를 제공합니다.
전력망 인프라 | 비상 전원 | 전력 배전 | 전력 변환 | 난방, 환기 및 공조 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 제품 시리즈 | |||||||||||||||
| 대역폭 | 100kHz - 500kHz | 0,05kHz - 500kHz | 0,02kHz - 0,1kHz | 180kHz | 100kHz - 200 kHz | 25 kHz | 400kHz | 0,05kHz - 500kHz | 0,05kHz - 0,06kHz | 320 kHz | 240kHz | 90kHz - 450kHz | 300kHz | 300 kHz | 100kHz - 200kHz |
| 전력 소비 | 60mA - 130mA | - | 4 - 20mA | 25mA | 10mA - 19mA | 4V | Vref +/- 2.5 V | - | 4 - 125mA | Vref +/- 1.65 V | 2.5 +/- 0.625 V | 19mA | 20mA | 20mA | 33mA - 49mA |
| 최대 전류 범위 | 12,5A - 1000A | 1000 A | 5A - 400A | 250A - 1400A | 55A - 226A | 1500 - 7500 A | 5A - 50A | 1000 A | 6A - 176,7A | 50A - 200A | 150A - 1100A | 25A - 300A | 15A - 75A | 10A - 75A | 200A - 3400A |
| 공급 전압 | 15V | - | 24V - 24V | 3,3V - 5V | 12V - 15V | 12 V - 12V | 3,3V - 3,3V | - | - | 3,3V - 3,3V | 5V - 5V | 3,3V - 5V | 3,3V - 5V | 3.3V - 5V | 12V - 24V |
| 장착 방식 | PCB, Panel | Busbar | Panel, DIN Rail | Panel | PCB | Panel | SOIC 8 | Busbar | Busbar, DIN Rail | SOIC 10 | Panel | PCB | SOIC 10 | SOIC 16 | Panel |
| 출력 | Current | Voltage | Current, Voltage | Voltage | Current | Voltage | Analog | Voltage | Current, Voltage | Analog | Voltage | Voltage | Analog | Analog | Current |
| 정확도 | 0,00115% - 0,0509% | 0,5% | 1% | 1% - 1,25% | 0,3% - 0,41% | 1% | 2% | 0,5% | 1% - 1,5% | 2% | 1% | 1% | 1% - 3% | 1,3% - 3% | 0,2% - 0,6% |
완전한 DC 아키텍처로의 전환을 위한 핵심 단계
완전한 DC 아키텍처로의 전환을 위한 핵심 단계
부분 직류(DC) 데이터 센터는 기존의 교류(AC) 시스템과 미래의 완전한 직류(DC) 인프라 사이의 중요한 과도기적 단계입니다.
이를 통해 운영자는 단계적으로 효율성을 높이고, 신기술을 검증하며, 대규모 데이터 센터 구축에 대비할 수 있습니다.
동시에, 이러한 아키텍처는 더 높은 전압에서 작동하고, 수는 적지만 감도가 더 높은 변환 단계를 활용하며, 더욱 정교한 제어 및 보호 메커니즘을 필요로 하기 때문에 전류 감지의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.
LEM의 제품 포트폴리오는 이미 이러한 변화하는 요구 사항에 부응하고 있어, 고객은 현재 하이브리드 아키텍처를 구축하는 동시에 향후 완전한 데이터 센터 인프라 구축에 대비할 수 있습니다.
미래를 대비하기: 완전한 DC 유통
데이터 센터가 AI 기반 워크로드를 지원하기 위해 규모를 확장함에 따라, 기존 아키텍처는 한계에 다다르고 있습니다. 효율성을 높이고 전력 분배를 간소화하기 위해 업계에서는 전력망에서 칩까지 직류(DC)로 전력이 지속적으로 흐르는 완전 직류(DC) 아키텍처를 모색하고 있습니다.
대규모 효율성 제고
변환 단계를 줄임으로써, 완전 직류(DC) 배전 방식은 에너지 손실을 줄이고, 전력 경로를 단순화하며, 전체 시스템 효율을 향상시킬 수 있습니다.
또한 이는 미래의 대규모 데이터 센터에 있어 핵심 요소인 배터리 저장 시스템 및 재생 가능 에너지원과의 원활한 연동을 가능하게 합니다.
잠재력에도 불구하고, 완전한 DC는 여전히 장기적인 진화 과정에 있습니다. 대규모 도입에 앞서 DC 보호, 안전성, 생태계 성숙도 등의 과제를 해결해야 합니다.
LEM은 이미 이러한 전환을 대비하고 있습니다: 풀 DC 데이터 센터용 제품
완전 직류(DC) 아키텍처에서는 안전하고 효율적인 작동을 보장하기 위해 고정밀, 고대역폭의 직류 전류 감지가 필요합니다.
LEM은 이미 이러한 요구 사항에 부응하는 솔루션을 개발하고 있으며, 여기에는 다음이 포함됩니다:
- 고속 스위칭 컨버터용 통합 전류 센서(ICS)
- 고전압 DC 감지 기술
- 소형 고성능 측정 솔루션
이를 통해 LEM은 완전한 DC 데이터 센터로의 전환을 지원할 수 있게 되어, 고객이 현재의 아키텍처에서 미래에 대비한 인프라로 전환할 수 있도록 돕습니다.
고체 변압기 | 비상 전원 | 전력 배전 | 전력 변환 | 난방, 환기 및 공조 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 제품 시리즈 | |||||||||||||||
| 대역폭 | 1000kHz | 1000kHz | 50khz | 180kHz | 100kHz - 200kHz | 25kHz | 400kHz | 14kHz | 20kHz - 30kHz | 320 kHz | 240kHz | 90kHz - 450kHz | 300kHz | 300 kHz | 100kHz - 200kHz |
| 전력 소비 | 22mA - 24mA | 80mA - 140mA | 25mA | 25mA | 10mA - 19mA | 4V | Vref +/- 2.5 V | 25mA | 17mA - 20mA | Vref +/- 1.65 V | 2.5 +/- 0.625 V | 19mA | 20mA | 20mA | 33mA - 49mA |
| 최대 전류 범위 | 125A - 250A | 9000A | 300A - 1000A | 250A - 1400A | 55A - 226A | 1500 - 7500 A | 5A - 50A | 75V - 3000V | 1000V - 1500V | 50A - 200A | 150A - 1100A | 25A - 300A | 15A - 75A | 10A - 75A | 200A - 3400A |
| 공급 전압 | 3,3V - 5V | 12V - 24V | 15V | 3,3V - 5V | 12V - 15V | 12 V - 12V | 3,3V - 3,3V | 15V - 24V | 5V - 24V | 3,3V - 3,3V | 5V - 5V | 3,3V - 5V | 3,3V - 5V | 3.3V - 5V | 12V - 24V |
| 장착 방식 | PCB | Busbar | Panel | Panel | PCB | Panel | SOIC 8 | Panel | DIN Rail, Panel | SOIC 10 | Panel | PCB | SOIC 10 | SOIC 16 | Panel |
| 출력 | Voltage | Voltage / Current | Voltage | Voltage | Current | Voltage | Analog | Current | Current | Analog | Voltage | Voltage | Analog | Analog | Current |
| 정확도 | 1.2% - 1.45% | 0.5% | 1% | 1% - 1,25% | 0,3% - 0,41% | 1% | 2% | 0.5% | 1.7% | 2% | 1% | 1% | 1% - 3% | 1,3% - 3% | 0,2% - 0,6% |
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