Treiberfehler beim Fahren des IRF3710-Mosfet mit dem IR2101-Treiber

Ich habe eine Treiberschaltung mit dem IR2101-Treiber und einem ziemlich großen IRF3710-Mosfet erstellt. Die Schaltung arbeitet bis zu einem bestimmten Strom durch den Mosfet, aber dann fällt der Treiber auf mysteriöse Weise aus und zieht beide Mosfets hoch, was einen Kurzschluss am Ausgang erzeugt. Ich verwende 3x dieser Schaltungen, um einen BLDC-Motor mit 0,5 Ohm Wicklungswiderstand anzutreiben. Ich kann Ströme von etwa 3A durch den Motor erreichen, bevor einer der Treiber ausfällt.

IRF3710 hat laut Datenblättern eine Eingangskapazität von ~3100 pF und eine Gate-Gesamtladung von 130 nC. In Bezug auf die zum Ansteuern der Last verwendete Spannung bin ich bisher nur auf 30 V gestiegen. Unabhängig davon, ob ich 12 V oder 30 V zum Ansteuern der Last verwende, scheint der Treiber zu versagen, wenn die Last etwa 3 A zieht. Wenn der Stromkreis ausfällt, tritt ein Kurzschluss an der Versorgung auf, aber nichts wird heiß (ich habe eine Strombegrenzung für die Stromversorgung, sodass der Kurzschlussstrom niemals 5 A überschreitet). Trotzdem finde ich es störend, dass der Ausfall des Treibers dazu führt, dass sich beide Mosfets einschalten und den Kurzschluss verursachen. Obwohl ich im letzten Stromkreis einen Überstromschutz haben werde, finde ich ihn immer noch ziemlich schlecht und möchte sicherstellen, dass die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ausfalls so gut wie nicht vorhanden ist.

Ich habe ein paar Theorien darüber, was das Problem sein könnte, aber ich konnte nicht genau sagen, was es ist, weil ich denke, dass es etwas mit einem vorübergehenden Zustand zu tun hat, der sehr schnell auftritt und mir nicht genug Zeit gibt, es auf dem Oszilloskop zu sehen . Die IR2101-Chips sind während meiner letzten Tests wiederholt auf 1 oder 2 der Stufen ausgefallen. Der Motor dreht sich bis zu einem bestimmten Punkt, wenn ich dann die Motordrehzahl erhöhe (der Strom steigt ebenfalls), fallen einer oder mehrere der Treiber aus. Keiner der Mosfets ist bisher jedoch ausgefallen.

Bei meinem Stromkreis, der ausfällt, sind die Dioden über dem Widerstand nicht vorhanden, um das Einschalten weiter zu verzögern. Ich verwende jedoch stattdessen die interne Totzeiterzeugung auf der Seite des Mikrocontrollers. Ich habe auch 0,1-uF-Kondensatoren ohne Unterschied in der Schaltwellenform verwendet. Meine PWM-Rate ist 30Khz. Auch auf meiner Testschaltung sind die Spannungsteilerwiderstände ganz rechts nicht montiert.

Mir ist bewusst, dass der 2101-Treiber möglicherweise nicht der optimale Chip zum Ansteuern dieser großen Mosfets ist, da er nur 130 mA Gate-Treiberstrom liefern kann. Das Datenblatt gibt auch 270 mA negativen Strom an, aber ich verstehe nicht ganz, was das bedeutet. Ist es der Strom, der beim Entladen des Gates erzeugt wird?

Fragen

1. Könnte es neben langsameren Einschaltzeiten ein Problem mit der Verwendung eines kleineren Kondensators geben?
2. Könnte es ein Problem sein, dass der negative Strom mit 270 mA angegeben ist und der Gate-Entladestrom zufällig höher ist und direkt durch den Treiber fließt, der ihn verbrennt?
3. Wäre ir2110 eine bessere Treiberwahl für diese Mosfets? Gibt es einen anderen Treiber, der den derzeit verwendeten ähnlich ist und viel höhere Ströme liefern kann (vorausgesetzt, die Stromstärke ist das Problem)?
4. Kann die obige Schaltung überhaupt funktionieren oder muss ich sie komplett neu entwerfen?
5. Sollte ich vielleicht einen größeren Widerstand in Reihe mit dem Gate verwenden, um den Treiber vor möglichen Rückströmen zu schützen? (falls das hier überhaupt ein mögliches Problem ist).

Bearbeiten: Das Problem des Ausfalls des Treiberchips tritt auf, wenn der Motor beschleunigt und der Strom durch den Motor etwa 3A beträgt. Derzeit habe ich außer dem Hochdrehen des Motors keine weiteren Tests durchgeführt (drei identische Schaltkreise werden verwendet, um jeweils eine Phase anzusteuern). Typischerweise fällt der Treiber in einer der Phasen aus. Zuerst passierte es zweimal, wenn der Treiber vom 48-V-Anschluss entfernt war. Der letzte Fehler trat jedoch bei zwei Treibern gleichzeitig auf - dem einen, der dem 48-V-Anschluss am nächsten liegt, und dem, der am weitesten entfernt ist. Der mittlere schaltete wie gewohnt weiter - die defekten gingen in den gesperrten Zustand, wobei beide Mosfets eingeschaltet waren und einen Kurzschluss auf der Stromschiene verursachten. Das Ersetzen der Treiberchips behebt das Problem - nur bis zum nächsten Ausfall.

edit:
Aktuelles Layout (in Arbeit). Ich habe oben in der Mitte eine einzelne 47uF 63v-Kappe hinzugefügt.

Zusammenfassung der funktionierenden Lösungen

Bisher scheint das Hinzufügen von Bypass-Kappen auf der 48-V-Schiene die Lösung zu sein (ich habe einen 47-uF-50-V-Elektrolyt und 2 0,1-uF-Keramik hinzugefügt). Ich denke, es ist noch früh zu sagen, ob das Problem wirklich vollständig verschwunden ist, aber nach weiteren Tests heute wurden keine Treiberchips verbrannt. Ich konnte den Motor auf Geschwindigkeiten hochdrehen, bei denen er 5A zieht, und sofortige Spinups von Null auf Vollgas sowie sofortige Stopps durchführen, ohne bisher etwas zu verbrennen.

• Bypass-Kondensatoren hinzugefügt
• Reduzierte Gate-Vorwiderstände von 100 Ohm auf 36 Ohm
• Diode auf dem Weg von der 48-V-Versorgung zur Brücke hinzugefügt (verhindert, dass regenerativer Strom zurück zur Stromversorgung fließt)
• Spannungsbegrenzung über die 48-V-Schiene (TVS/Zener) hinzugefügt, um regenerative Spannungsspitzen auf Masse fließen zu lassen (bietet einen dringend benötigten Pfad für Hochspannungsspitzen, wenn der Strom nicht zur Stromversorgung zurückfließen kann)

Auch die Application Note AN-978 war sehr hilfreich: http://www.infineon.com/dgdl/an-978.pdf