Электропитание фотоаппарата

В качестве источника питания в цифровых фотоаппаратах применяются неперезаряжаемые сухие элементы и аккумуляторы. По размерам корпуса сухие элементы подразделяются на несколько типов. В цифровой съемочной технике применяются элементы формата ААА и АА. Перезаряжаемые аккумуляторы также могут быть выполнены в корпусах типоразмеров ААА и АА (говоря проще - "самые тонкие" и "тонкие батарейки"), или иметь фирменный несовместимый с камерами других производителей конструктив.

Любой автономный источник питания для портативных электронных устройств, каковым цифровой фотоаппарат и является, устроен следующим образом. Внутри металлического стакана устанавливается стержень, изолированный от стенок стакана пористой бумажной (картонной, пластиковой) прокладкой, пропитанной электролитом. Стакан служит анодом, стержень - катодом. В процессе зарядки сухого элемента или аккумулятора на поверхности катода накапливается электрический потенциал. При подключении элемента к замкнутой электрической цепи ионы электролита переносят электрические заряды с катода на анод - возникает электрический ток.

Характеристики элемента питания - емкость, сила тока, выдаваемое напряжение - зависят от материала, из которого изготовлены электроды, и от химического состава электролита. Самые дешевые и наиболее широко распространенные угольно-цинковые сухие элементы. В этих элементах катодом служит графитовый стержень, а анодом цинковый стакан. В качестве электролита используется раствор кислоты, которым пропитывается бумажная прокладка.

Из-за небольшой емкости угольно-цинковые элементы в цифровых фотоаппаратах не применяются вовсе. К тому же эти элементы при разряде склонны в газообразованию, что представляет опасность для электрических схем цифровой камеры.

Значительно большей емкостью обладают марганцево-цинковые щелочные элементы, именуемые так же алкалиновыми (или алкалайновыми - от термина alcaline). В качестве катода в этих элементах работает цинковый стержень, но анод изготовлен из двуокиси марганца. Электролитом служит раствор щелочи, который при разряде не выделяет газа. Поэтому корпус элемента изготовлен герметичным и для сложной электроники опасности не представляет.

Третий тип сменных неперезаряжаемых сухих элементов - литиевые. Анод подобного элемента изготовлен из металлического лития, а изолирующая бумажная прокладка пропитана электролитом на основе органических веществ. Литиевые элементы отличаются очень большой энергоемкостью, самым низким показателем саморазряда в нерабочем (неподключенном) состоянии, способностью отдавать максимальный ток за короткий промежуток времени (у других типов элементов большой ток разряда приводит к разрушению металлического стакана и, соответственно, к потере герметичности).

Литиевые элементы, как и алкалиновые, производятся в корпусах формата ААА и АА, но чаще они выполнены в дисковом конструктиве или в специальном цилиндрическом (тип CR123). Дисковые элементы применяются в персональных компьютерах в качестве источника резервного питания для сохранения информации об установках базовой системы ввода-вывода (BIOS) и поддержания хода внутренних кварцевых часов. В цифровой фототехнике литиевые элементы служат для поддержания хода внутренних часов и работы календаря фотоаппарата, пример - камеры PowerShot A430 и А540 компании Canon. Литиевые элементы в цилиндрических конструктивах применяются в качестве основного источника питания в пленочных (зеркальных и компактных) фотоаппаратах, в которых мотор перемотки пленки, двигатель фокусировки объектива и вспышка в момент срабатывания потребляют ток большой величины.

Недостатками неперезаряжаемых литиевых элементов являются их относительная дороговизна и небезопасная эксплуатация. Повреждение корпуса элемента (удар или прокалывание острым предметом) приводит к быстрому разогреву и даже к взрыву. Опасно для этих источников питания и сильное переохлаждение. На морозе литиевые элементы так же могут взрываться, повреждая и аппаратуру, в которую они установлены.

Несмотря на низкую емкость сухих неперезаряжаемых элементов (порядка 2000 мАч у самых дорогих алкалиновых элементов), обладателю цифрового фотоаппарата иногда приходится иметь с ними дело в качестве временной замены аккумуляторов. К слову, большинство бюджетных моделей любительских фотоаппаратов комплектуются "пробным" комплектом сухих элементов. Тем самым снижается стоимость фотоаппарата. Но фотолюбитель при этом вынужден тратить деньги на комплект аккумуляторов и зарядное устройство к нему.

Впрочем, есть ситуации, когда без комплекта неперезаряжаемых элементов обойтись трудно. Большинство любительских цифровых фотоаппаратов (за исключением, как мы уже говорили, фотоаппаратов Canon) не имеют резервного элемента питания для сохранения хода внутренних часов камеры. Переустановив аккумуляторы из корпуса фотоаппарата в зарядное устройство (от зарядки аккумуляторов прямо в камере, даже если это предусмотрено производителем, лучше воздержаться), мы обесточим электрические схемы, и часы остановятся. И фотолюбитель будет вынужден всякий раз при установке свежезаряженных аккумуляторов заново устанавливать точное время и дату. Можно этого, конечно, и не делать, но тогда в атрибуты графического файла будут записаны неверные данные о времени съемки кадра.

Многие камеры среднего уровня способны поддерживать ход внутренних часов в течение полугода (вероятно, питание осуществляется от конденсатора достаточно большой емкости), но в недорогих фотоаппаратах это время может не превышать 120-240 минут. Полная зарядка аккумуляторов занимает чуть больше времени, часы камеры попросту "не дождутся" того момента, когда их снова подключат к источнику питания. Именно в этом случае на помощь придет комплект сухих алкалиновых элементов. Вынимаем из камеры для зарядки аккумуляторы и на их место вставляем в аккумуляторный отсек комплект элементов. Их энергии вполне хватит для поддержания хода внутренних часов камеры, а сами элементы можно использовать подобным образом десятки раз.

А можно ли применять сухие элементы вместо аккумуляторов при съемке в обычном режиме? Да, разумеется. Но при этом надо быть готовым к тому, что свежие элементы прослужат примерно вдвое меньше, чем свежезаряженные аккумуляторы, а разряд элементов будет носить непредсказуемый скачкообразный характер. При включении лампы подсветки контрольного дисплея, при экспонировании сенсора камеры, при работе моторов фокусировки и изменения фокусного расстояния объектива потребляемый ток достигает 1,6-2 Ампер. Это очень большая величина даже для энергоемких аккумуляторов, обладающих способностью быстро восстанавливать уровень заряда после скачкообразного увеличения тока нагрузки. Сменные элементы такой способности лишены. Поэтому экранный индикатор состояния источника питания будет до какого-то момента показывать нормальный уровень заряда, потом просигнализирует о резком уменьшении емкости и вскоре камера отключится. Когда именно это произойдет можно выяснить только опытным путем, хотя результаты для каждого комплекта элементов могут значительно различаться.

Если уж случилось так, что аккумуляторы разрядились далеко от дома, а зарядного устройства с собой нет, или электрическая розетка недоступна, то сухие неперезаряжаемые элементы станут единственным выходом. Чтобы продлить их работоспособность, можно отключить контрольный дисплей и постараться не использовать вспышку. Впрочем, этими простыми рекомендациями не удастся воспользоваться, если в вашей камере работает фирменный аккумулятор, и сменные элементы попросту некуда установить...

Итак, основным источником питания цифрового фотоаппарата служит аккумулятор. Он может состоять из двух или четырех элементов формата АА, либо из целой батареи, объединенной в одном корпусе (обычно прямоугольном). Вспомогательным источником питания служит выносной сетевой блок. Он подключается к камере в стационарных условиях. При перезаписи в память компьютера большого количества снимков и во время просмотра фотографий на экране телевизора сетевой блок питания экономит энергию аккумуляторов фотоаппарата, сохраняя "боеготовность" камеры.

В цифровых фотоаппаратах используются только щелочные аккумуляторы (в отличие от кислотного электролита, электролит на основе щелочи не склонен к газообразованию) следующих четырех типов - никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные и литий-полимерные. Свинцовые аккумуляторы с кислотным электролитом, несмотря на высокую энергоемкость и долговечность, в цифровой технике не используются по уже перечисленным причинам.

Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd) практически вышли из употребления (сегодня они выпускаются только компанией Sanyo), хотя они обладают отличной энергоемкостью и очень долговечны. Это самые доступные по цене аккумуляторы, но при этом их практическое использование затруднено проявлением эффекта "памяти". Суть этого эффекта в том, что если не до конца разряженный аккумулятор зарядить, то его емкость уменьшится до значения остаточного заряда. Чтобы восстановить такой аккумулятор придется устроить ему тренировочный цикл заряда/разряда, то есть несколько раз полностью разрядить и полностью зарядить батарею.

Эффект "памяти" проявляется и в перезаряжаемых источниках питания другого типа, в никель-металлгидридных аккумуляторах (Ni-Mh), хотя и в меньшей степени. Заявление производителей о том, что никель-металлгидридные аккумуляторы полностью избавлены от эффекта "памяти", опровергается практикой, особенно в ходе эксплуатации не совсем новых элементов. Во избежание резкого снижения энергоемкости никель-металлгидридный аккумулятор следует время от времени подвергать тренировке, то есть разряжать его до минимального значения напряжения и потом полностью заряжать.

И никель-кадмиевые, и никель-металлгидридные аккумуляторы обладают достаточной для цифрового фотоаппарата емкостью. Элементы формата АА выпускаются емкостью до 3200 и более мАч. Комплект никель-металлгидридных аккумуляторов при ежедневном использовании прослужит около 2 лет, поскольку аккумуляторы этого типа выдерживают до 600 (хотя производители указывают вдвое меньшее количество - 300) циклов заряда/разряда. Если аккумуляторы используются не столь интенсивно, срок их службы увеличится. Более того, новые, еще ни разу не использованные аккумуляторы можно хранить довольно продолжительное время без риска снижения их емкости.

Но приобретать в запас литий-ионные аккумуляторы, которыми снабжено множество современных цифровых фотокамер, не стоит. Этот тип аккумуляторов обладает высокой энергоемкостью и отличается стабильностью параметров в процессе эксплуатации. То есть после года эксплуатации литий-ионный аккумулятор не будет заметно отличаться по энергоемкости от нового аккумулятора (хотя емкость все-таки уменьшится, от этого не избавлен ни один тип аккумуляторов).

Непреодолимым недостатком литий-ионных аккумуляторов является ограниченный срок службы, не превышающий 2-3 лет. То есть новый, ни разу не использовавшийся аккумулятор, через 2-3 года будет совершенно не пригоден к применению.

Наконец, получивший повсеместное распространение тип аккумуляторов - литий-полимерные батареи. Они обладают всеми достоинствами литий-ионных аккумуляторов, но при этом меньше размерами. Если батарея литий-ионных аккумуляторов состоит из тонких цилиндрических элементов, то литий-полимерная батарея может быть любой формы (не только прямоугольной). Подобными аккумуляторами оснащены все сверхкомпактные цифровые камеры, вроде Casio Exilim и Canon Digital IXUS. Но срок службы полимерных аккумуляторов еще меньше, чем у литий-ионных, и редко превышает 2 года.

Какие аккумуляторы следует применять в конкретной модели цифрового фотоаппарата? Ответ очевиден - тот тип аккумуляторов, который производится специально для данной камеры. Замены возможны, но, во-первых, не на аккумулятор меньшей емкости (это бессмысленно) и, во-вторых, только на аккумулятор рекомендованного типа. Если производитель настаивает на применении в своей камере литий-ионного аккумулятора, значит на то есть веские причины. Максимальный ток, который способен выдавать литий-ионный аккумулятор, больше, чем максимальный ток никель-кадмиевой и никель-металлгидридной батарей. Кроме того, в период гарантийного срока у владельца цифровой камеры, использующего "неродные" аккумуляторы, могут возникнуть трудности с ремонтом (даже очень совершенные цифровые фотоаппараты, случается, выходят из строя).

Иногда все же возникают веские причины, вынуждающие фотографа заменить "родные" аккумуляторы другим типом батарей. Речь может идти о зимней съемке, когда температура камеры и, соответственно, аккумуляторов опускается ниже нулевой отметки. Следует заметить, что цифровая техника вообще плохо переносит отрицательные температуры, но все же функционирует и на морозе, если аккумуляторы обеспечивают необходимое питание электронных узлов фотоаппарата. Так вот, литиевые батареи (повторяем это специально, ибо проблема вполне реальная) при отрицательных температурах не работают вообще, резко снижая энергоемкость, а при температуре окружающего воздуха ниже минус 20° взрываются. Оставив фотоаппарат в перчаточном ящике автомобиля зимой, мы рискуем на следующий день обнаружит лишь изуродованные обломки дорогой камеры. Об опасности, которую представляют переохлажденные литиевые аккумуляторы для человека, мы уже и не говорим.

Емкость нового аккумулятора соответствует значению, внесенному в его маркировку. Самым распространенным типом аккумуляторов в конструктиве АА можно считать никель-металлгидридные перезаряжаемые элементы емкостью от 1600, до 2500 мАч. Но с каждым циклом заряда/разряда емкость аккумулятора постепенно снижается. Происходит это из-за электрохимического износа материалов, из которых изготовлен элемент, и из-за истощения электролита. На износ аккумулятора влияют и другие факторы. В условиях высоких температур аккумулятор изнашивается быстрей.

На этикетке аккумулятора или на его упаковке обычно указывается диапазон рабочих температур. Для никель-металлгидридных аккумуляторов он простирается от 0 до +40 С (иногда до +35). Но 40 верхний порог, при котором гарантируется только функциональность аккумулятора, но не его долговечность. Если приходится снимать цифровой камерой в условиях жаркого климата, следует быть готовым к более частой замене аккумуляторов новыми.

Когда следует заменить старый аккумулятор? Когда его емкость снизится более чем наполовину. Если камера с включенной подсветкой дисплея работает менее 25 минут, а емкости аккумулятора хватает всего на 30-40 снимков, батарею лучше заменить, поскольку далее может последовать ускоренный износ, и фотограф рискует остаться с нерабочей камерой в самый неподходящий момент.

Если речь идет о никель-металлгидридных перезаряжаемых элементах, то приобретение второго комплекта практически удвоит (или значительно увеличит) срок службы аккумулятора. Если же в фотоаппарате применяется литиевый аккумулятор (любого из двух типов), то вторая батарея лишь добавит удобства в работе - фотографу не придется всякий раз ждать, когда аккумулятор зарядится. В любом случае приобретение второго комплекта аккумуляторов можно считать оправданным. Хотя, если камера используется лишь время от времени (не более 10-20 снимков в неделю), то от подобных трат можно и воздержаться.

Правила эксплуатации аккумуляторных батарей общеизвестны. Повторим их вкратце. Аккумуляторы чувствительны к повышенной влажности, к высокой и низкой температуре. Короткое замыкание электрических цепей, в которых работает аккумулятор, приводит к быстрому разогреву батареи, вскипанию электролита и физическому разрушению корпуса элемента выделившимися из электролита газами. Поэтому запасной аккумулятор следует хранить в чехле из изоляционного материала - нейлона или кожи. И уж во всяком случае не держать запасной комплект в кармане вместе с ключами, зажигалкой и другими мелкими металлическими предметами.

Отдельно стоит поговорить о нормальном температурном режиме работы аккумулятора. Во время работы, в моменты включения схем и узлов повышенного энергопотребления (мотор автофокусировки, лампа подсветки контрольного дисплея), аккумулятор разогревается. Это особенно ощутимо в сверхкомпактных камерах с литиевыми аккумуляторами (пример - камеры семейства Canon Digital IXUS, металлический корпус которых в районе отсека элементов питания ощутимо разогревается, что, впрочем, нисколько не принижает достоинств этих великолепных фотоаппаратов). Небольшой разогрев аккумуляторов вполне допустим, это нормальный рабочий режим. Но если вы почувствуете, что рука с трудом терпит температуру корпуса камеры, немедленно выключайте фотоаппарат и вынимайте аккумулятор. Наверняка произошло короткое замыкание. Скорее всего, в камеру попала влага. Обычной просушкой тут не обойдешься, камеру придется показать специалисту...

Зарядные устройства подразделяются на три основных типа. Самые простые - неавтоматические зарядные устройства, в которых используется блок сетевого питания трансформаторного типа. Подобные зарядные устройства не имеют какого-либо управления и схем защиты аккумуляторов. Их легко отличить от прочих по внушительным размерам и весу. Трансформаторные зарядные устройства надежны, долговечны и… опасны для аккумуляторов. Дело в том, что время полного заряда зависит от мощности зарядного устройства и типа аккумуляторов. Полностью разряженный никель-металлгидридный аккумуляторный емкостью 2000 мАч заряжается примерно за 36 часов. А аккумулятор в полтора раза меньшей емкости за то же время перезарядиться, что приводит к разогреву аккумулятора, выкипанию электролита, как следствие к резкому уменьшению емкости, а иногда и к полному разрушению элементов. Впрочем, сегодня громоздкие трансформаторные зарядные устройства, практически, вышли из употребления.

Самыми массовыми, самыми популярными зарядными устройствами для портативной цифровой техники являются импульсные автоматические зарядные устройства с электронным таймером. Таймер "зарядника" работает в режиме максимального зарядного тока (режим быстрого заряда) в течение примерно 4 часов. За это время разряженный аккумулятор набирает основную часть емкости. Затем таймер переводит зарядное устройство в режим импульсной подзарядки. Электроэнергия подается на выводы элементов аккумулятора небольшими порциями - для поддержания аккумулятора в полностью заряженном состоянии.

Зарядные устройства с таймером просты, недороги, удобны, но все же их следует применять с некоторой осторожностью. Дело в том, что таймер настраивается производителем на время зарядки полностью разряженного аккумулятора. Если мы вставим в гнездо устройства лишь частично разряженный аккумулятор для его подзарядки, произойдет перезаряд, и аккумулятор может быть поврежден избыточным током.

В цифровых фотоаппаратах с фирменной аккумуляторной батареей нестандартного типоразмера (имеется в виду общепринятый, отраслевой стандарт, как АА или ААА) внешнее импульсное зарядное устройство работает совместно со схемой контроллера заряда аккумулятора, который исключает перезаряд. Но если нам приходится заряжать стандартные аккумуляторы универсального назначения, то об этой особенности зарядных устройств с таймером надо помнить.

Кроме того, следует различать частичную, полную и глубокую степени разряда аккумулятора. При частичном разряде аккумулятор способен поддерживать работоспособность цифрового фотоаппарата в течение продолжительного времени - от нескольких минут и более. При полном разряде устройство может и не функционировать, но контрольный дисплей подсвечивается и на экране виден мигающий индикатор разряда аккумулятора. При глубоком разряде устройство вообще никак не реагирует на попытки включения.

Глубокий разряд опасен для всех типов аккумуляторов, но особенно для литий-ионных и литий-полимерных. Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы способны восстановить свою емкость даже после глубокого разряда (если они не находились в этом состоянии слишком долго). Литиевые и полимерные аккумуляторы от глубокого разряда выходят из строя. Поэтому цифровая камера отключается при уровне заряда аккумулятора около 10 процентов. А неиспользуемый аккумулятор надо время от времени подзаряжать.

Наиболее совершенными и с практической точки зрения наиболее универсальными являются зарядные устройства с микропроцессорным управлением (говорим об аккумуляторах стандартных типоразмеров АА и ААА, к фирменному аккумулятору цифрового фотоаппарата подобное устройство, увы, не подобрать). Если зарядные устройства с таймером пригодны только для аккумуляторов определенного типа, то есть зарядить литиевый аккумулятор в устройстве для никель-металлгидридных элементов нельзя, поскольку у этих аккумуляторов различное и время, и ток заряда, то "зарядники" с микропроцессорным управлением способны заряжать любые аккумуляторы. Более того, микропроцессорное зарядное устройство замеряет напряжение на каждой клемме гнезд для заряжаемых элементов и, таким образом, определяет степень разряда каждого аккумулятора.

Зарядные устройства с микропроцессорным управлением исключают перезаряд аккумуляторов, поскольку в режиме быстрого заряда способны отслеживать уровень напряжения на их выводах. Так же, как и "зарядники" со встроенным таймером, микропроцессорные устройства поддерживают максимальную степень заряда аккумуляторов в импульсном режиме. Наконец, только подобные зарядные устройства годятся для подзарядки частично разряженных аккумуляторов (любых типов)

Единственным недостатком зарядных устройств с микропроцессорным управлением является цена. Универсальный "зарядник" для всех типов аккумуляторов - ААА, АА, C, D, РР9 (элементы формата "миньон", большие элементы и аналоги нашей "Кроны") - стоит около 70 долларов.

Индикация режима заряда в устройствах любого типа сведена к минимуму. В простейших трансформаторных зарядниках индикации может не быть вовсе, в устройствах с электронным таймером режим зарядки сопровождается свечением светодиода (в импульсном режиме индикатор гаснет). Микропроцессорные зарядные устройства снабжаются набором световых индикаторов, в число которых входит индикатор подключения к электрической сети и индикатор режима быстрого заряда, который при переходе в импульсный режим начинает мигать. Наиболее дорогие зарядные устройства с микропроцессорным управлением имеют нагрузочную схему для тренировочного разряда аккумуляторов.