Picos de voltaje de encendido de suministro: mejores prácticas para la protección

El problema

Recientemente tuve una situación en la que una placa tuvo un evento de falla destructiva al encender una batería de 53 V que parecía haber tenido un pico de voltaje de al menos más de 80 V, muy probablemente más de 100 V, debido al daño que causó. Había pensado en esto e intenté proteger el circuito de esto, y coloqué un diodo TVS nominal de 48 V en parte del circuito de entrada, pero obviamente en el lugar equivocado.

Aquí está mi circuito como referencia, el resto de la placa realmente no importa (pero tenga en cuenta que el puente H después de este circuito de protección de entrada tuvo varios MOSFET fallidos después de las averías del límite de Vds.

Tenga en cuenta que D19 es el diodo TVS nominal de 48 V (la abrazadera típica comienza a 56 V, fluye corriente de 1 ma). Hubo una falla catastrófica del circuito de entrada que se muestra como Q1, y TODOS los 3 capacitores cerámicos de 0.1uF 100V explotaron además del interruptor de canal P MOSFET Q1.

Es probable que el diodo TVS que puse allí para protección simplemente no pudo responder al pico porque está en el lado equivocado del Q1 FET. La intención del diseño era más proteger los MOSFET de puente H incorporados y absorber la energía que se ponía en el bus de 48 V desde los diodos de rueda libre y compartirla con el condensador C1 ubicado cerca.

Entonces, mi pregunta es, para la situación de los picos del inductor de encendido de la fuente de alimentación del conector de entrada, ¿cuál es el circuito de protección de mejores prácticas?
En mi caso particular, los voltajes son 40-> 55 V de un paquete de baterías de litio con un interruptor de desconexión mecánico de encendido/apagado y algunos cables/alambres no ideales utilizados para conectar todo. Se espera que la corriente para esta placa sea < 10A continua, con picos de 30A.

La calculadora de inductancia de cable me da valores de alrededor de 6uH de inductancia para un cable de 2 m de largo (~3uH en cada sentido del bucle), pero no estoy seguro de cómo estimar/calcular el potencial de pico de voltaje que tiene cuando de repente pasa de 0V a 53V.

Método de protección 1:

Aumente la capacitancia de entrada a granel: la inductancia y la resistencia del cable combinadas con un capacitor grande (con ESR bajo) reducirán o evitarán los picos de voltaje, porque el capacitor reacciona al cambio repentino de voltaje con una impedancia más baja durante el pico mismo, absorbiendo la energía.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Método de protección 2:

Colocando el diodo supresor de voltaje transitorio (TVS) (¡o un varistor!) justo en el conector de entrada y clasificado para el voltaje de sujeción máximo requerido para proteger cualquier componente aguas abajo. El riesgo aquí es que el TVS tenga una condición de sobrevoltaje sostenida, por lo que se podrían usar fusibles o una resistencia de entrada de sacrificio con una clasificación de potencia más baja para limitar el daño catastrófico.

Tengo un útil conector de entrada espaciado que me permitió sugerirle al usuario final que suelde un diodo TVS SM6T56A de repuesto (igual que D19 en el esquema anterior) a través de las clavijas del conector en la parte posterior de la placa, que con suerte funcionará ¡por ahora!

¿Qué otras técnicas de protección existen? ¿Algún buen consejo sobre este tipo de circuito de protección? ¿Cuál es una buena capacitancia de entrada típica para evitar picos de voltaje?

Nota sobre otras preguntas en este sitio:

Alguien tenía una pregunta fundamental similar que no recibió ninguna respuesta/sugerencia concluyente: enlace ee.se

Una gran respuesta de Pete W para la protección de entrada de línea de alimentación de dispositivos de 24 V está aquí: enlace ee.se