Сетевой блок питания для цифровой фотокамеры

В современных цифровых фотокамерах быстро разряжаются элементы питания. Например, фотокамера Canon А530 в режиме просмотра снимков потребляет ток не больше 0,2 А Зато режим фотосъёмки без вспышки требует от источника питания ток не менее 0,4 А, а со вспышкой — уже не меньше 0,7 А. В этой фотокамере используются два гальванических элемента питания типоразмера АА, которые могут быть оперативно заменены. В большинстве других фотокамер предусмотрено питание только от аккумуляторов. Это ещё одна серьёзная проблема большинства современных устройств. Разрядка штатного аккумулятора не даёт никакой возможности дальнейшей эксплуатации фотокамеры. Вот тут-то и выручает быстрая замена элементов питания. Наличие в кармане двух запасных свежих гальванических элементов легко решает проблему преодоления внезапной разрядки аккумуляторов.

При использовании фотовспышки гальваническими элементами уже невозможно запастись — они быстро разряжаются. Высококачественные элементы служат дольше, но и цены на них в последнее время резко возросли. Вскоре стало ясно, что эксплуатация фотокамеры от гальванических элементов весьма разорительна.

Имеющиеся энергоёмкие малогабаритные аккумуляторы ёмкостью 2650 мА ч, естественно, выручают. Но они тоже быстро разряжаются. Главное, что это происходит неожиданно. Есть ещё один серьёзный недостаток при эксплуатации фотокамеры от 1,2-вольтных аккумуляторов. Задолго до полной разрядки аккумулятора до 1 В фотокамера перестаёт функционировать. Она просто "требует" заменить элементы питания соответствующей надписью на дисплее и после этого автоматически выключается. Изъятые аккумуляторы имеют напряжение 1,1... 1,15 В при токе нагрузки 0,5 А, т. е. налицо недоиспользованность аккумуляторов. Причём весьма солидная. Неизвестно, как заряжать эти аккумуляторы, поскольку не знаем, какой заряд им следует сообщить. И тут уже ничего не остаётся, как перед зарядкой принудительно разряжать недоиспользованные аккумуляторы до напряжения 0,9... 1 В. На это уходит несколько часов. Как видим, налицо невозможность максимального использования энергии как аккумуляторов, так и гальванических элементов.

Поэтому в стационарных условиях эксплуатации целесообразно фотокамеру питать от электросети через соответствующий блок. Главное требование к нему — надёжность. Ни при каких обстоятельствах он не должен повредить дорогостоящую фотокамеру.
С учётом этого требования разработано устройство, схема которого показана на рисунке.

Это линейный компенсационный стабилизатор напряжения с ограничением выходного тока и узлом защиты от аварийного повышения выходного напряжения. Сетевой трансформатор Т1, диодный мост VD1 —VD4 и сглаживающий конденсатор С1 применены от блока питания промышленного изготовления БП 12/10(12 В, 10 Вт).

В устройстве применена микросхема параллельного стабилизатора TL431 (DA1). На её управляющий вход поступает напряжение с делителя R6R4, резисторы которого подобраны так, что при номинальном выходном напряжении на резисторе R4 будет 2,5 В. Если выходное напряжение по каким-либо причинам превысит номинальное, ток через микросхему DA1 резко возрастёт, что приведёт к уменьшению напряжения на базе регулирующего транзистора VT1 и. соответственно, восстановлению номинального выходного напряжения стабилизатора. С целью обеспечения надёжности транзистор VT1 выбран с большим запасом по напряжению, току и мощности.

Узел ограничения выходного тока собран на транзисторе VT2 и резисторах R3, R5. Резистор R5 — датчик тока нагрузки. В момент, когда падение напряжения на нём превышает 0,6 В, транзистор VT2 открывается и сдерживает рост тока базы транзистора VT1, в результате чего выходной ток ограничен на уровне 3 А. Транзистор VT2 выбран мощным тоже из соображения надёжности. Были случаи выхода из строя маломощных транзисторов (из серий КТ315 и КТ503) в аналогичных защитных узлах. Но повреждений мощных транзисторов не было.

Достоинства предлагаемого стабилизатора напряжения — включение датчика тока в разрыв плюсового, а не минусового (общего) провода питания, а также отсутствие "просадки" выходного напряжения при подходе тока нагрузки к пределу ограничения.

Несмотря на высокую надёжность стабилизатора напряжения, если он всё-таки выйдет из строя, фотокамера может быть повреждена повышенным напряжением питания. Чтобы не допустить этого, применён узел защиты на транзисторе VT3, стабилитроне VD5 и резисторе R7. При аварийном повышении выходного напряжения открываются стабилитрон VD5 и транзистор VT3, ток коллектора которого пережигает предохранитель FU2. Такие узлы хорошо проверены автором для защиты нитей накала кинескопов телевизоров при их питании постоянным током.

Поскольку предлагаемое устройство предназначено для домашнего пользования, то не ставилась задача минимизации его массогабаритных показателей. Поэтому оно размещено в корпусе от упомянутого выше блока БП 12/10, который в наше время удаётся без особого труда очень дёшево приобрести. Вторичная обмотка сетевого трансформатора перемотана: число её витков уменьшено примерно на 30 %, при этом напряжение обмотки снизилось до 7,7 В. Можно также применить любой сетевой трансформатор мощностью 5... 10 Вт с обмоткой на 6...6,3 В, в том числе накальный для ламповой техники.

Допустимо использовать и современные малогабаритные трансформаторы. Но у многих из них заявленные характеристики не соответствуют реальным. Пригоден только такой трансформатор, обмотка которого способна обеспечить выходной ток 2 А при напряжении не менее 6 В. Подойдёт даже трансформатор с обмоткой всего на 5 В, если в выпрямительном мосте VD1 — VD4 применить диоды с меньшим падением напряжения, например, германиевые из серий Д302—Д305 или диоды Шотки 1N5822, КД2998А—КД2998Г.

Оксидные конденсаторы могут быть любыми, ёмкость конденсатора С1 должна быть не менее 1000 мкФ. Датчик тока — резистор R5 — С5-16МВ-5. В случае необходимости он может быть самодельным из нихромовой проволоки. Остальные резисторы — МЛТ-0,25.
Блок питания смонтирован на макетной плате. Диоды выпрямительного моста КД202В (VD1—VD4) можно заменить другими с максимальным прямым током не менее 3 А, например, из серий КД213, Д242, Д243, или применить готовые мосты BR305 или BR605.

Регулирующий транзистор КТ829Б (VT1) размещён на ребристом теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности около 150 см2. Этот транзистор — составной. Он может быть любым из серии КТ829 или КТ827, а также зарубежным BDX53C. Транзистор VT2 — любой из серий КТ815, КТ817. Транзистор VT3 — любой мощный кремниевый низкочастотный структуры п-р-п с максимальным постоянным током коллектора не меньше 5 А, например, из серий КТ803, КТ808, КТ819, BD911. Этот транзистор установлен без теплоотвода, так как он не успевает нагреться за время перегорания предохранителя FU2. Отсюда следует, что суррогатные предохранители в данной конструкции применять нельзя.
Светодиод HL1 — любого цвета свечения. Стабилитрон КС133А (VD5) можно заменить на КС139А или зарубежными BZX55C3V3, BZX55C3V6, BZX55C3V9.

Налаживание блока питания, собранного из исправных деталей, несложно. Но учитывая, что к нему подключают дорогостоящую нагрузку, к этому процессу следует отнестись весьма ответственно. Вначале отдельно проверяют защитный узел на транзисторе VT3. На время налаживания этот транзистор устанавливают на теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 200 см2. Узел подключают к лабораторному блоку питания с плавно регулируемым выходным напряжением 0... 15 В и ограничением выходного тока до ЗА. При отсутствии лабораторного блока питания можно воспользоваться налаживаемым стабилизатором напряжения, для чего постоянный резистор R4 временно заменяют переменным, включённым как реостат. Необходимо убедиться, что транзистор VT3 надёжно открывается и замыкает выход источника питания при напряжении не более 4,5 В Затем проверяют защиту по выходному току. Необходимый уровень ограничения тока устанавливают подбором сопротивления датчика тока — резистора R5. После этого при необходимости подбирают сопротивление резистора R4, чтобы установить выходное напряжение в пределах 3...3.2 В. Наконец, подключая и отключая нагрузку сопротивлением 4 Ом к выходу, проверяют стабильность выходного напряжения. Оно не должно изменяться более чем на 10 мВ. Напряжение измерено прибором В7-38 непосредственно на плате.

Для ещё большей надёжности защиты фотокамеры от аварийного повышения выходного напряжения коллектор транзистора VT3 можно подключить не к выходу стабилизатора напряжения, а к его входу — точке соединения верхних по схеме выводов резисторов R1, R2, коллектора транзистора VT1 и правого по схеме вывода , предохранителя FU2.