Заряжаем конденсатор, импульсный преобразователь напряжения с о-о-очень переменной нагрузкой Опции

[TheMad]

Доброе %время_суток%, All! Поиск оказался на редкость молчалив, хотя мне кажется что эта тема должна была подниматься неоднократно.

Все мы хорошо знаем что импульсные преобразователи напряжения, мягко говоря, не очень любят когда им надо обеспечивать на выходе напряжения, изменяющиеся во много раз.
Электронщики, работающие совместно с лазерщиками, наверное уже собаку съели на задачах вида "есть конденсатор ёмкостью С, его надо зарядить до напряжения U за минимальное\заданное\оптимальное время".
Хотелось бы послушать, что скажут гуру на следующую тему:
Надо заряжать конденсатор ёмкостью 10 000 мкФ до напряжения 600 В. Конденсатор хороший, сборка из плёночных. 1800 Дж, как-никак.
В качестве источника питания у нас есть источник постоянного напряжения 12В. Ток, отбираемый от источника, должен быть по возможности постоянным в процессе заряда. Время заряда - 5с.
Преобразователь на такую мощность имеет смысл сделать пушпульным, ибо обычный обратноходовый при такой мощности кажется некрасивым и требующим много феррита, а также имеющим невысокий КПД.
Проблемы начинаются когда мы начинаем заряжать наш конденсатор, стабилизируя ток в первичной цепи. В начале заряда в нагрузку идёт огромный ток, выходной дроссель неизбежно насыщается и перестаёт выполнять свои обязанности, транзисторы начинают греться и готовятся отдать душу силиконовым богам.
Хочется сделать переключение обмоток трансформатора в процессе заряда, но некрасиво. Чует мой спинной мозг что должны быть более красивые идеи. В портативных фотовспышках такой проблемы нет из-за во много раз меньшей средней мощности преобразователя, там можно и 30% энергии в тепло высадить.
Если кто-то практически сталкивался с данной задачей, выскажитесь.

Спасибо!

[Microwatt]

Что-то я "не въеду в тему"... Почему 300Ах600V ?
Работает себе преобразователь и работает. Потребляет свои, скажем, 60 ампер по первичке, а во вторичке меняет ток и напряжение по мере заряда конденсатора. За счет ШИМ.
Кажется, затруднения возникают от автоматического переноса физики заряда конденсатора через резистор. При заряде от импульсного источника картина же принципиально другая.
Здесь теоретически КПД - 100% и ток заряда в любой момент времени не может превысить некоторую заданную ограничителем мощности величину. Никаких ступенчатых переключателей в принципе не нужно.
Вот даже для успокоения совести и оживления памяти модельку прогнал. Нормальный идет заряд по экспоненте при постоянной входной мощности. Правда, для других токов и напряжений, но качественно картинка не меняется.

[asdf]

Что-то я "не въеду в тему"... Почему 300Ах600V ?

Уважаемый Microwatt, я тоже вначале купился и не обратил внимания на следующую фразу ТС

В качестве источника питания у нас есть источник постоянного напряжения 12В. Ток, отбираемый от источника, должен быть по возможности постоянным в процессе заряда.

Отсюда и получается, что заряд должен идти при постоянной ВХОДНОЙ - потребляемой мощности.
Исходя из заданной энергии 1800 Дж, и времени заряда 5 сек, мощность получается 360 Вт
В начальный момент, когда на емкости 0, зарядник работает на свои выходные диоды, если выход со средним отводом, то диод - один, но т.к. в конце заряда он же должен выдерживать 600 В, то ставим 1200В, с падением ~1.6--1.8В, откуда ток 220-225А.
Формула описывающая данный процес во времени:
t=C*W/(2*i^2)
С- емкость, W- мощность, i- ток в наблюдаемый момент времени.
А далее начинаются странности

У меня вот сейчас, например, КПД двухтактника 12->600В при постоянной нагрузке 300мА составляет 89%, КПД по энергии при заряде конденсатора сильно ниже - 69%. Мне следует на этих цифрах успокоиться и пойти на речку купаться или поколдовать ещё? 89% из 12 в 600 меня устраивает, а вот общий КПД заряжалки - категорически нет. Думалось что уложусь процентов в 85, на крайний случай 80.

Первый вопрос возникает сразу же - почему ТС измеряет КПД зарядника в нерабочем режиме? При заданных им параметрах минимальный ток 0.6 А, а при 0.3А время заряда должно быть 20 сек, а не 5.
Далее, если исходить из данных ТС, то для выхода 0.3 А получается следующее:
Постоянная составляющая потерь ~2Вт мах, линейная ~ 8 Вт и квадратичная ~ 10Вт. - кпд=0.89
Для, уже, рабочей точка t=5 сек - i=0.6А - 2/16/40 - кпд ~0.83
для точки t=0.5 сек - i=1.3 А - 2/35/180 - кпд~0.4
Т.е. для времен меньше 0.5-0.7 сек, зарядник работает как простой гасящий входную мощность резистор, причем тепловыделение происходит не организованно, в специальном элементе, а в обмотках трансформатора.
Отсюда и возвращаемся к тем 4 пунктам, о которых я писал.
Как мне кажется, правильный ответ TheMad должен быть такой - если ТС не увеличит расчетную мощность зарядника или не усложнит конструкцию введя рекуператор, хотя бы в виде второй ступени заряда, или не откажется от условия Wвходная=const, хотя бы на начальном участке 0.5-0.7 сек, то он со спокойной совесть может идти " на речку купаться" .