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왜 클라우드를 절연해야 하는가?

디지털 시대인 오늘날, 정보 전송 및 검색에 대한 수요가 끊임없이 증가하고 있다. 식료품 가게에서 줄을 서서 기다리거나 기차를 기다릴 때, 우리는 스마트폰으로 소셜 미디어, 문자 메시지 및 이메일 등을 확인한다. 그런데 이 정보들이 어디에서 오는지 한 번이라도 생각해 본 적이 있는가? 이 질문에 대한 답은 클라우드이다. 전세계적으로 실시간 접속이 가능하도록 핵심적 역할을 하는 것이 바로 클라우드이다. 음악 재생 목록이나 비디오 스트림과 같은 정보를 검색하고 저장하는 일은 백그라운드에서 이루어지며, 이를 위해서는 높은 수준의 전력이 필요하다. 바로 이 때문에 클라우드를 절연해야 한다.

먼저 클라우드가 물리적으로 어디에 위치하고 있는지부터 살펴보자. 클라우드는 데이터 센터이다. 광 케이블이나 동축 케이블 또는 무선 통신 기지국을 통해 데이터 센터로 정보를 전송하거나 데이터 센터로부터 정보를 받는다.

클라우드의 내부를 들여다 보면 제일 첫 번째 층은 전원 공급 장치이다. 전원 공급 장치가 중요한 이유는 무엇인가? 모든 정보는 클라우드 서버라고 하는 서버에 저장된다. 이들 서버는 소비자로부터 받는 정보를 저장하고 검색하기 위해 전력을 필요로 한다. 이러한 전원 공급 장치는 수백 와트에서부터 수천 와트까지 이른다. 또한 오프 그리드(off-the-grid)로 동작하며, AC 라인 전압이 수백에서 수천 볼트에 달해 고전압 장치로 여겨진다.

고전압, 고전력 장치이기 때문에 작업자의 안전을 확보하는 것이 급선무이다. 서버 시스템은 전압 레귤레이션과 통신을 위한 컨트롤러, HMI(휴먼- 머신 인터페이스)와 같은 저전압 유닛을 포함한다. 클라우드 운영에 관여하는 작업자들은 HMI를 통해 서버와 상호 작용한다. 고전압 유닛으로부터 HMI로 전류가 유입되거나 누출되면 사람에게 치명적인 상해를 입힐 수 있다. 또한 모든 전압 디바이스들도 손상될 것이다. 그렇다면 어떻게 이러한 전류로부터 사람과 저전압 유닛들을 보호할 것인가?

이에 대한 해결책이 바로 절연이다. 반도체 IC인 절연 디바이스는 고전압 유닛과 저전압 유닛 사이에 데이터 및 전력 전송을 가능하게 하는 동시에, 낙뢰와 같은 위험한 DC 또는 통제되지 않은 과도 응답 전류가 전력망으로 유입되는 것을 방지한다.

하지만 사람들이 요구하는 정보의 양은 갈수록 급증한다. 공항 터미널이나 식당 등 혼잡한 곳에서 비디오를 시청하거나 좋아하는 음악을 듣기 위해서 정보의 수요는 계속 늘어만 간다. 여기서 더 나아가 사용자들은 이러한 정보를 즉각적으로 사용하기를 원한다. 이처럼 데이터 수요가 늘어남에 따라 클라우드는 나날이 더 대형화되고 있으며, 이에 부합하기 위해서 전원 공급 시스템이 보다 더 높은 전력을 공급해야 한다. 하지만 클라우드는 공간이 제한되어 있다. 클라우드의 사이즈를 늘리는 방법이 있지만 많은 비용이 소요되는 매우 비경제적인 해결책이다.

안전성 요구를 충족하는 동시에 증가하는 정보 수요를 따라잡기 위해서는 두 가지 방법을 생각해 볼 수 있다. 전력 밀도를 높이고 절연 견고성을 달성하는 것이다. 전력 밀도를 높이기 위해서는 전원 공급 장치의 효율을 대대적으로 향상시키고, 전력 전송 비율(kHz 단위의 스위칭 주파수)을 높여야 한다. 이렇게 함으로써 전원 공급 장치를 더욱 소형화 할 수 있다. 절연 견고성을 달성하기 위해서는 시스템에 아이솔레이터를 포함해야 하는데, 고속 게이트 드라이버와 같이 주요 전원 부품에 아이솔레이터를 통합한 솔루션을 사용하면 전원 공급 장치 보드의 면적을 절약할 수 있다. 이러한 솔루션이 바로 “절연 게이트 드라이버”이다.

전원 공급 장치 유닛에 드라이버 제품으로 UCC21520을 사용하면 서비스 제공업체들이 데이터 센터나 기지국의 성능을 향상시키고 동일한 크기로 더 높은 용량을 처리할 수 있다. 전원 공급 장치는 통상적으로 외부 제조업체에서 개발하고 구축하며, 이들 업체가 데이터 센터 고객들에게 전원 공급 장치를 공급해 오고 있다. 데이터 센터는 다시 클라우드 공간의 일부를 고객들에게 임대한다. “왜 클라우드를 절연해야 하는가?” 다시 묻는다면, 절연을 통해 높은 전력과 전압을 차폐하기 위해서이다.

클라우드 서버와 같이 공간 제약적인 고성능 애플리케이션에서 절연 견고성을 달성하면서 전력 밀도를 높이고자 할 때 UCC21520와 같은 강화 절연 게이트 드라이버를 사용할 수 있다.

TI의 포괄적인 게이트 드라이버 포트폴리오절연 솔루션에서 보다 자세한 정보를 확인할 수 있다.

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