데이터 센터 전력 소모량 매년 6% 증가
48V 배전, 서버 효율성 및 배치 유연성 향상
MHEV, 12V-48V 시스템으로 CO2 배출량 줄여
<"48V 전원이 12V 전원을 대체하는 이유"에 이어서>

I2R 손실로 발생한 열은 시스템 효율에 악영향을 미치는 동시에 케이블, 커넥터, PCB 등의 전력 흐름을 방해할 수 있다.

최근 서버의 프로세서 전력은 100W, 200W, 심지어 300W 이상으로 늘어났다. 이렇게 증가한 전력을 여러 서버 프로세서에 배전했을 때, 전보다 더 많은 I2R 손실이 발생한다. 여기서 더 높은 전압을 배전한다면 I2R 손실을 감소할 수 있다.

전력 손실은 전류의 제곱과 매체의 저항에 비례한다. 따라서 48V 배전은 12V 배전보다 전력 손실이 16분의 1이나 적고 커패시터 볼륨도 4분의 1로 줄일 수 있어 에너지 효율 측면에서 우월하다.

48V는 오늘날 데이터 센터, 오토모티브, LED 조명, 전동 공구와 같은 분야에서 대표적으로 채택되고 있다. 48V는 새로운 12V이다.


전기 먹는 하마 데이터 센터, 48V로 다이어트하다
미국을 비롯한 전 세계 주요 국가들에서는 클라우드 서비스와 빅데이터, AI의 활용이 증가하면서 데이터 센터의 수가 기하급수적으로 증가하고 있다. 데이터 센터가 소모하는 전력량 역시 매년 6%씩 증가하고 있다. 2006년, 미국의 데이터 센터들은 60조 kWh의 전력을 소모했으나 2020년에는 190조 kWh의 전력을 소모할 것으로 추산된다.
데이터 센터가 48V 배전 적용에 적극적인 이유다. 데이터 센터 및 슈퍼컴퓨터는 소형 국가 수준의 전력을 필요로 하기 때문에 전력 효율이 대단히 중요하다.

구글은 자사의 데이터 서버에 48V 배전을 적용한 대표적인 기업이다. 구글의 소프트웨어 엔지니어 신 리(Xin Li)와 슈아이 장(Shuai Jang)은 Applied Power Electronics Conference 2017과 Open Compute Project 2017에서 데이터 센터에 48V 배전을 사용하는 것에 대한 장점 및 비용 절감에 대해 공개적으로 설파했다.

구글은 48V 배전을 도입하여 데이터 서버에 더 많은 전력을 효율적으로 공급했으며 서버의 배치 유연성을 향상했다.


48V, 친환경 자동차를 움직이다
자동차 업계에서도 48V 채택이 늘고 있다. 자동차는 이제 움직이는 전자제품이다. 12V만으로는 자동차 내의 다양한 전장을 작동하기에 적합하지 않다.

마일드 하이브리드 자동차(Mild Hybrid Electric Vehicle, MHEV)는 48V를 채택한 가장 대표적인 차종이다. 48V 전압 시스템을 사용하기 때문에 48V 하이브리드 자동차라고도 불린다.

MHEV는 하나의 모터가 엔진 보조 역할만 하는 친환경 자동차다. 구동 모터와 발전기 등 두 개의 모터를 사용해 일정 구간에서는 모터가 엔진을 대신하는 ‘하이브리드 자동차(HEV)와는 다르다. 48V 시스템을 통해 엔진에 추가로 전력을 공급하고 회생 및 제동 에너지를 사용할 수 있어 연료 소비와 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다.
바이코 코리아 정기천 지사대표는 "유럽의 자동차 회사들은 대기오염의 주범인 디젤 자동차를 MHEV로 대체하고 있다"라며, "2030년에는 12V 시스템과 48V 시스템을 동시에 사용하는 MHEV가 전체 판매 차량의 16%를 차지할 것으로 업계에선 추측하고 있다"라고 말했다.

또한, 델파이의 자동차 엔지니어들은 MHEV의 48V 시스템을 사용하여 정지 상태에서 액세서리에 전원을 공급하게 했고, 그럼으로써 내연 기관의 부하를 줄였다.


48V를 채택한 다양한 분야의 기업들
옥외 LED 스크린의 크기와 소비 전력이 지난 10년간 급격하게 증가하고 있다. LED 패널 디자이너들은 48V 배전을 적용하면서 전력 케이블의 크기와 무게를 줄이는 동시에 효율도 향상시키고 있다.
바이코 코리아 정기천 지사대표는 "12V에 10A의 전류를 흐르게 할 때보다 48V에 3A의 전류를 흐르게 할 때 전원 케이블의 직경을 상당히 줄일 수 있다"라며, "전류의 양이 줄었기 때문에 전력 효율을 향상시킬 수 있다"라고 말한다.

아마추어 및 프로페셔널 배터리 공구들 역시 더 높은 전압을 채택하고 있다. 전력이 높아질수록 공구의 작동 시간이 늘어나고 토크가 강해진다. 유명 공구 업체 드 왈트는 이미 60V 배터리 공구를 다수 상용화했다.

그 외에도 로봇 및 산업 장비의 전원 공급에도 48V 채택이 늘고 있다.


효율적인 전력 사용으로 BOM 줄이고 싶다면
더 많은 전력을 효율적으로 사용하고 싶다면 48V가 대안이다.

향상된 48V 컨버터 및 레귤레이터는 12V 제품보다 더 효율적이다.

현재 많은 전력 설계에서는 레귤레이팅을 통해 1차적으로 12V로 정류하는 것보다 48V에서 부하 전압으로 직접 전환하는 단일 레귤레이터로 대체해서 얻을 수 있는 추가적인 이점을 활용한다.
바이코 코리아 정기천 지사장은 "최근 산업계에서는 애플리케이션 제품에 대한 요구 사항의 증가에 따라 12V 배전 대신 더 많은 일을 할 수 있는 48V 배전을 채택하는 추세"라며, "전력이 높아질수록 더 많은 I2R 손실이 발생하지만 더 높은 전압을 배전하면 그 손실을 감소할 수 있다"라고 말했다.

이어서 "48V 배전은 높아진 전력에 따른 I2R 손실을 줄이는 가장 확실한 방법"이라며, "바이코는 48V DC/DC 레귤레이터 및 절연 컨버터를 사용한 영전압 스위칭과 SM-ChiP 패키지 설계를 통해 더 나은 효율을 추구한다"라고 설명했다.

또 "바이코는 1981년 회사가 설립되고 난 이후부터 일반적인 PWM 방식이 아닌 영전압 스위칭, 영전류 스위칭 토폴로지를 사용함으로써 FET가 가동할 때의 전력 로스를 획기적으로 줄일 수 있었다"라고 덧붙였다.