아마 서버나 오디오 쪽에 관심이 있으신 분들이라면 UPS라는 단어를 한번 쯤은 들어보셨을 겁니다. 이 UPS라는 단어는 Uninterruptible Power Supply를 의미하며, 번역하면 ‘무정전 전원 장치’라고 할 수 있습니다.

UPS는 무엇인지, 그리고 어떤 종류가 있는지, 서버에 필요한 이유 등을 말해보고자 합니다.

UPS는 무엇인가요?

‘무정전 전원 장치’라는 말이 어렵게 들리실 수도 있습니다. 쉽게 생각하면 UPS는 컴퓨터용 비상 배터리라고 할 수 있겠습니다. 즉, 메인 전원의 공급이 중단된 상태(흔히 ‘전기가 나갔다’라고 하는 상황을 말합니다.)에서 서버가 갑자기 종료되는 것을 막아주는 역할을 합니다. 만약 UPS의 배터리 용량이 크다면, 전기가 다시 들어올 때 까지 서버가 켜진 상태를 유지하도록 할 수도 있겠죠.

또한, 일부 UPS는 비상 배터리의 역할 외에도 평상시에 메인 전원의 전기 품질을 일정하게 유지하는 역할도 합니다. 이러한 기능은 일반적으로 ‘Line-Interactive’ 또는 ‘Online’방식의 UPS에 있습니다. 해당 방식은 어떤 방식인지는 후술하겠습니다.

UPS에는 어떤 종류가 있나요?

UPS는 동작 방식에 따라서 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 이 3가지는 다음과 같습니다.

• Offline
• Line-Interactive
• Online

또한, UPS의 인버터가 생산하는 교류 전원의 종류에 따라 다음과 같이 2가지로 나눌 수 있습니다.

• Modified Sine Wave(Stepped Sine Wave, Approximated Sine Wave 등등)
• Pure Sine Wave(Sine Wave)

각각의 작동 방식은 어떠한 특징을 가지는 지, 그리고 교류 전원의 종류에 따른 특징은 무엇인 지를 알아보도록 하겠습니다.

UPS의 동작 방식

Offline UPS

Offline 방식의 UPS의 경우에는 평소에는 아무것도 하지 않습니다. 정말로 그냥 멀티탭 정도의 역할만 합니다.(UPS에 플러그가 여러 개 있다면 말이죠) 그러다가 갑자기 메인 전원의 공급이 중단되면 갑자기 작동을 시작하면서 서버에 전력을 공급하기 시작합니다. 정말 무식한 방법으로 작동하죠.

장점

Offline 방식의 경우 가장 큰 단점은 저렴합니다. 왜냐하면 필요한 부품이 몇 개 없거든요. 그래도 UPS 이기 때문에 제 역할은 잘 합니다. 그리고 일반적으로 가정에서 사용되는 저용량의 저럼한 UPS가 Offline 방식을 탑재합니다.

단점

Offline 방식의 UPS는 작동 방식의 특성상 ‘메인 전원 공급 중단 – UPS에서 전력 공급’ 사이에 아주 짧은 시간 동안은 서버에 전력이 공급되지 않습니다. 따라서 미세한 sag가 발생하게 됩니다. Sag는 ‘순간적인 전압 강하’ 라고 말할 수 있겠네요.

이러한 sag는 민감한 전자기기에는 치명적입니다. 또한, 서버의 파워 평활부의 용량이 작다면 sag로 인해서 이상증세가 발생할 가능성이 높습니다.

하지만 다행인 점이 있다면, 흔히 가정에서 사용하는 데스크탑 파워의 경우 평활부가 큰 편이므로 Offline 방식의 UPS를 사용해도 큰 문제가 없습니다.(물론 데스크탑 파워 중에 평활부가 작은 것들이 몇몇 있지만 흔하지 않습니다.) 저도 서버용 파워가 아닌 데스크탑 파워를 이용하여 서버를 구성하였고, Offline 방식의 UPS를 사용하고 있습니다. 집에 전기가 나가는 일이 몇 번 있었지만, 그 때마다 UPS는 제 역할을 잘 해주었고, 서버도 큰 문제가 없었습니다.

Line-Interactive UPS

Line-Interactive UPS의 경우 Offline UPS가 발전된 형태입니다. 구체적으로는, Offline UPS에 AVR(Auto Voltage Regulator)을 붙인 형태라고 생각하시면 될 것 같습니다.

AVR은 전압을 자동으로 조정해 주는 역할을 합니다. 일반적인 메인 전원의 전압은 항상 일정하기 않고, 아주 조금씩은 변화합니다. 이러한 변화를 AVR을 이용하여 최대한 일정하게 유지 시켜주어서 전기의 품질을 높여줍니다.

장점

AVR 덕분에 메인 전원의 갑작스러운 전압 변동에 대처할 수 있습니다. 또한, 일정한 전압을 제공해줍니다.

단점

무겁습니다. Offline UPS에 비해서 상당히 무겁습니다. 왜냐하면 AVR은 일반적으로 트랜스포머+Triac 조합으로 구성됩니다. (Triac은 교류를 제어할 수 있는 트랜지스터 정도로 이해하시면 될 것 같습니다.) 따라서 무거운 트랜스포머가 UPS 안에 포함되어야 하므로 무게가 무거워집니다.

AVR은 만능이 아닙니다. AVR은 전압만 일정하게 유지 시켜주는 역할만 하지, 교류의 주파수 변화 등과 같은 다른 전원 장애에는 대비할 수 없습니다.

Online UPS

Online UPS는 단어 그대로 ‘항상 작동하는’ UPS입니다. Online UPS의 경우 메인 전원에 문제가 생겼든 생기지 않았든 UPS의 인버터를 이용하여 교류 전원을 생산, 서버에 공급합니다. 그와 동시에, 메인 전원에서 공급된 전원은 서버로 바로 보내지 않고, UPS의 배터리를 충전하는데 사용합니다.

즉, 작동 방식을 정리하자면 다음과 같습니다.

메인 전원: UPS의 배터리를 충전하는 데 사용

서버에 공급되는 전원: UPS의 배터리에 저장된 전력을 이용하여 인버터로 교류 전원을 생산, 서버에 공급한다.

따라서 메인 전원과 서버에 공급되는 전원은 서로 분리되어 있는 상황입니다.

장점

정전 발생시 ‘메인 전원 공급 중단 – UPS에서 전력 공급’ 사이에 지연시간이 존재하지 않습니다. 따라서 민감한 전자기기나 서버에게서 문제를 일으키지 않습니다.

또한, 품질 좋은 전원을 공급할 수 있습니다. UPS의 인버터가 교류 전원을 생산하므로 메인 전원의 sag나 주파수 밀림 등의 영향을 받지 않습니다.

단점

비쌉니다. Online UPS의 경우에는 배터리 충전 회로와 인버터 회로가 모두 동작하는 상황을 가정하고 전원 회로를 구성해야 하기 때문에 정류부의 크기가 다른 UPS보다 2배 가까이 커집니다. 그래서 비싸집니다.

많은 열이 발생합니다. 이유는 상당히 간단합니다. 정류부의 크기가 커진 만큼, 많은 전력을 소모하기 때문입니다. 그래서 대부분의 UPS의 경우에는 정류부와 인버터의 냉각 채널을 분리하여 구성하기도 합니다. 그런 만큼 UPS의 부피도 커지게 되지요.

UPS의 교류 전원의 종류

Pure Sine Wave(Sine Wave)

UPS의 datasheet를 보고 Pure Sine Wave 또는 Sine Wave라고 적혀 있다면, 해당 UPS는 순수한 사인파 형태의 교류 전원을 공급합니다. 순수한 사인파 형태의 교류 전원이 중요한 이유는, 리니어 형태의 파워 서플라이의 경우 순수한 사인파 이외의 파형을 가지는 교류 전원이 공급되면 문제가 발생할 수도 있기 때문이죠. 대표적으로는 코일의 떨림 등이 발생하여 좋지 못한 소리가 들립니다.

장점

어떠한 형태의 전자기기에도 적용할 수 있습니다. 메인 전원은 사인파이기 때문에, 서버 파워서플라이 등의 모든 전자기기는 사인파에서 작동을 전제로 하고 제작됩니다. 다른 말로는 Pure Sine Wave UPS가 범용성이 좋다고 할 수 있겠네요.

단점

비쌉니다. 순수한 사인 파형의 교류 전원을 만드는 것은 쉽지 않을 일이다 보니, 가격이 비싸질 수 밖에 없습니다.

Modified Sine Wave(Stepped Sine Wave, Approximated Sine Wave, ….)

‘유사 사인파’ 형태의 교류 파형을 의미합니다. 만약에 UPS datasheet에 Pure Sine Wave나 Sine Wave라는 말이 없다? 그럼 무조건 이런 형태입니다. 앞의 Modified나 Stepped 뭐 이런 말들은 제조사가 붙이기 나름입니다.

유사 사인파는 순수한 사인파가 아닌, PWM 신호를 이용하여 사인파 비스무리하게(?) 만든 신호입니다. 아래 그림과 같이 비슷하게 생기긴 했습니다.

장점

유사 사인파는 만들기가 쉽습니다. 그래서 저렴한 UPS에서 많이 사용됩니다.

그리고 SMPS 방식의 파워 서플라이의 경우 순수 사인파를 공급하는 것 보다 유사 사인파를 사용하는 것이 더 높은 효율을 낼 수도 있습니다. 데스크탑용 파워 서플라이는 대부분이 SMPS 방식입니다.

단점

리니어 방식의 파워 서플라이에 유사 사인파를 공급하게 되면 듣기 싫은 노이즈는 물론이요, 심하면 작동이 제대로 되지 않을 수도 있습니다. 그렇기 때문에 사용할 전자제품의 파워는 어떤 형태인지 잘 확인하시고 사용하셔야 합니다.

결론적으로, 서버에게 좋은 UPS일 수록 비싸집니다. 저의 경우 (앞에서 말했다시피) 데스크탑 파워를 사용하여 서버를 구성하였기 때문에 Offline UPS로도 큰 문제없이 사용중입니다. 서버용 파워들 중 일부는 작은 크기로 인해서 평활부의 용량이 작은 경우가 꽤 있어서 Online UPS를 고려하시는 것을 추천드립니다.

서버에 UPS가 필요한 이유

갑작스러운 서버의 종료는 서버에게 치명적일 수도 있다는 사실을 잘 아실 겁니다. 치명적인 이유는, 예를 들면, 아직 디스크에 저장하지 못했던 데이터라 로그 등이 램에 남아있었을 수도 있는데 갑자기 종료해버리면 이러한 데이터는 모두 소실됩니다. 운이 좋다면 재부팅에 문제가 없을 수도 있지만 최악의 경우 서버의 프로그램 등이 꼬여서 서버 빌드를 다시 해야할 수도 있습니다. 벌써부터 머리가 아파오죠…

그래서 저는 일종의 보험정도로 UPS를 구비하는 것은 괜찮은 투자라고 생각합니다. 저는 UPS의 도움을 받은 적이 몇 번 있고, 그럴 때마다 UPS를 잘 샀다고 생각합니다.