[发明专利]用于监测和保护PoDL网络的电路元件、PSE部件和方法

说明书

本发明涉及用于PoDL网络或网络区段，特别是SPE网络和/或网络区段的PSE部件的电子电路元件，包括‑电压端子和/或电压源，‑用于将所述电压端子的一个极连接到物理层(PHY)的第一连接的第一线路，‑用于将所述电压端子的第二极连接到物理层(PHY)的第二连接的第二线路，‑在每条线路中的至少一个开关元件，其中，所述开关元件与至少一个包括微处理器的调节单元连接并且由此能调节，并且其中设置有至少一个电压测量单元，借助所述电压测量单元能够检测作为经由每个开关元件的测量值的压降并馈送到调节单元。本发明还包括一种PSE部件和一种用于监侧PSE部件的方法。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的电路元件、根据权利要求6的前序部分的PSE部件以及根据权利要求8的前序部分的用于监测和保护PoDL网络的方法。

背景技术

用于现场总线应用的安全装置在现有技术中是已知的并且在功能上用于安全功率限制以保护人员。

DE102020113822A1公开了一种输出安全装置，其中输出开关元件不为了测试不必周期性地切断，因为它们处于一个永久有源的调节回路中，通过该调节电路监测它们的功能，其中特别测量栅极电压等。该电路仅设计为用于数据线与电源线分离的总线技术。借助PoDL(数据线供电)技术，电源和数据通过同一条线路传输。因此，没有额外的电线来实现功能安全切断，其中无电压状态是安全状态。因此，上述根据DE102020113822A1的解决方案不适用于诸如数据线供电(PoDL)、单对以太网(SPE)等传输技术，其中数据通过电源线传输。

从US7,702,302B1中已知SPE电路，其在电源的正向和返回路径中分别具有场效应晶体管(FET)和用于电流测量的测量电阻器，以便由此能够实现冗余的电流测量。这种电路的缺点是，FET在接通状态下无法进行循环测试，这意味着无法达到高安全级别。此外，测量电阻器连接在功率路径中，这会导致功率损耗。最后，US2019/0312751A1公开了一种SPE电路，该SPE电路在电源的正向和返回路径中同样具有FET。此外，提出了一种安全算法，其中FET彼此依次切断。该解决方案的缺点是，在安全算法期间无法进行通信，因此无法连续检查FET。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于数据承载电源线(PoDL)的改进电路，其中功率受到安全限制。

根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的特征的电路元件、根据权利要求6的特征的PSE部件和根据权利要求8的特征的方法得以实现。有利的设计方案在相应的所属从属权利要求中说明。

据此，所述目的通过用于PoDL网络或网络区段，特别是SPE网络或网络区段的PSE部件的电子电路元件得以实现，其包括电压端子和/或电压源；用于将所述电压端子的一个极连接到物理层(PHY)的第一连接的第一线路；用于将所述电压端子的第二极连接到物理层(PHY)的第二连接的第二线路；在每条线路中的至少一个开关元件，其中，所述开关元件与至少一个包括微处理器的调节单元连接并且由此能调节，并且其中设置有至少一个电压测量单元，借助所述电压测量单元能够检测作为经由每个开关元件的测量值的压降并馈送到微处理器。

简而言之，电路提供了(至少)冗余地测量、计算和比较电流和电压以便确定功率。电流测量在此(至少也)通过测量至少两个FET(场效应晶体管)的栅极电压来进行。

使用此电路元件实现了符合IEC61508的功能安全功率限制。此外，还可以实现符合IEEE802.3cg:2019的本质安全性。在这种情况下，电路元件的改进实施方式在于，两个处于导通状态的开关元件具有作为与导通的电流相关联的设置变量的电压，所述开关元件与所述调节单元以传输数据的方式连接。

在这种情况下有利地，至少一个开关元件是场效应晶体管(FET)，特别是常闭(nc)场效应晶体管。替代地，开关元件也可以设计为MOSFET或IGBT。为了比较电压和电流，特别有利的是，开关元件在结构上和功能上是相同的，即相同地或基本相同地设计。