Alüminyum Elektrolitik Kondansatörler

Instagram: @lentark

Elektrolitik kondansatörler elektronik endüstrisinde onlarca yıldır kullanılmakta ve günümüzde elektronik endüstrisinin vazgeçilmez bileşenlerinden biri olarak tanınmaktadır. Boyutlarına göre en yüksek kapasite değerini sunan bu kondansatörlerin pin montajlı çeşitleri yüzey montajlı olanlarına göre daha popülerdir ve 0.1 mikrofarad - 2.2 Farad kapasite değerleri arasında kolaylıkla temin edilebilir.

Resim 1: (A) Bir dizi THT alüminyum elektrolitik kondansatörün gösterilmesi. (B) Bir dizi SMT alüminyum elektrolitik kondansatörün gösterilmesi.

Elektrolitik kondansatörler, iki alüminyum film ve elektrolitik emdirilmiş bir kâğıdın birbiri üzerine sarılarak silindirik bir kalıba okside edilen bir katman tarafından izole edilerek yerleştirilmesiyle oluşturulurlar. Polarize edilerek üretilirler, bu sebeple devre kartı üzerine yerleştirilirken polaritesine dikkat edilmelidir. Eğer kutupları ters olacak şekilde yerleştirilirlerse, bu durum kondansatörün hasar almasına hatta bazı durumlarda infilak etmesine ve çevresindeki diğer bileşenlere, iletim hatlarına hasar vermesine sebep olabilmektedir. Ayrıca kondansatörün uçları arasındaki potansiyel farkın anma gerilimi seviyesini aşmamasına da dikkat edilmelidir.

Bu kondansatörlerin kapasite değerleri genellikle geniş tolerans aralığındadır. Genelde bu tolerans değerleri ±%10 ile -%20/+%70 aralığındadır. Buna rağmen analog ses işleme uygulamalarında kuplaj kondansatörü olarak çokça kullanılmaktadırlar, bunun dışında genelde dekuplaj görevinde kullanılırlar. Yüksek frekanslarda kapasitif özelliğini kaybetmesinden dolayı 50 – 100 KHz frekans seviyeleri ve daha yüksek frekans seviyelerinde kullanılmazlar.

Elektrolitik kondansatörlerin pin montajı ve yüzey montajı çeşitleri olduğu gibi vida montajı çeşitleri de bulunabilmektedir. Vida montajı çeşitleri daha yüksek kapasite ve anlık akım yeteneğine sahip olacak şekilde üretilirler, sıklıkla da güç kaynaklarında doğrultucu görevinde kullanılırlar.

Elektrolitik kondansatörler yüksek kapasiteye ihtiyaç duyulduğu zaman tercih edilirler. Ancak uzun ve güvenilir bir kullanım sağlayabilmeleri için doğru bir şekilde kullanılmaları gerekmektedir.

Elektrolitik kondansatörleri kullanırken temel kondansatör parametreleri arasında öne çıkan ve kapasitif reaktans hesaplamalarından daha büyük öneme sahip olan bazı parametreler vardır. Elektrolitik kondansatörlerin de kullanılacağı bir devre şeması tasarlanıyor ise bu parametrelere dikkat edilmesi gerekmektedir.

• Tolerans: Elektrolitik kondansatörler oldukça geniş toleransa sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı kesin bir kapasite değerine ihtiyaç duyulan görevlerde kullanılamazlar.
• ESR (Eş değer seri Direnç): Elektrolitik kondansatörler, genellikle, devre şemasının geri kalanına göre çok daha yüksek akım ileten hatlar üzerinde kullanılırlar. Ve çoğu durumda kondansatörün, sağlayacağı akımın düşük empedans (ESR) üzerinden sağlaması istenir. Eğer elektrolitik kondansatörler ESR değerinin yüksek olduğu koşullar altında çalıştırılırlarsa hem anlık akım yeteneğini zayıflar hem de ESR üzerinde potansiyel fark oluşacağından kondansatörden sağlanan devamlı akım arttıkça voltaj düşüşüne sebep olurlar.
• Frekans Tepkisi: Elektrolitik kondansatörlerin bir diğer problemi de sınırlı bir frekans tepkisinin bulunmasıdır. Kondansatörün ESR değeri frekans ile beraber artar ve genellikle 100 KHz seviyesine ulaşmadan kullanımını tamamen engeller. Bu sınırlama kondansatörün boyutuna göre değişebilmektedir. Bu sebeple üreticinin ürün için paylaştığı verileri incelemek gerekir.
• Sızıntı Akımı: Elektrolitik kondansatörlerin hacimlerine göre sağlayabildikleri kapasite değeri çoğu kondansatör türüne göre çok daha fazla olmasının yanında sızıntı akımı da diğer türlere göre çok daha fazladır. Bu durum güç tüketiminin önemsiz olduğu uygulamalarda göz ardı edilebilir ancak batarya uygulamaları gibi enerji kaynağının verimli kullanılması gereken uygulamalar için önemli bir ölçüttür. Ayrıca sızıntı akımının voltaj seviyesi değişimine sebebiyet vereceği yüksek empedanslı analog girişlerde de kullanılamazlar.
• Anlık Akım: Elektrolitik kondansatörler, doğrultucu gibi yüksek akım görevlerinde kullanılmadan önce bu görevi gerçekleştireceği sırada kondansatörden talep edilecek maksimum anlık akım seviyesini göz önünde bulundurmak gerekir. Kondansatörlerin maksimum anlık akım seviyeleri bulunmaktadır. Ve sınır değeri devamlı olarak aşılırsa bu durum kondansatörün aşırı ısınmasına veya zarar görmesine sebep olabilir. Bu sebeple kondansatör kullanılmadan önce uygulamanın ihtiyaç duyduğu anlık akım seviyesi hesaplanmalı ve kullanılacak kondansatörün üretici verileri ile karşılaştırılmalıdır.

Maalesef elektrolitik kondansatörler zamanla çalışma sıcaklıkları, mekanik stres, nem, voltaj… gibi etkenlere bağlı olarak ömürlerini tüketirler. Birçok elektrolitik malzeme, kondansatörün çalışması sırasında bazı gazlar açığa çıkarır. Bu gazların bir şekilde dışarıya çıkması elektrolitin kurumasına ve kondansatörün performansının düşmesine sebep olur.  Yine de elektrolitik kondansatörlerin ömürlerini uzatmak için bazı önlemler alınabilir;

• Anma Voltaj Sınırının Altında Çalıştırmak: Birçok kondansatör türü için maksimum voltaj sınırının altında çalışma gerçekleştirmek en güvenli çözümdür. Genel olarak elektrolitik kondansatörler ile maksimum voltaj sınırının %50’i veya daha aşağısında çalışma gerçekleştirilerek kondansatörün ömrü uzatılabilir ve güvenli bir kullanım sağlayabilirsiniz.
• Anma Akım Sınırının Altında Çalıştırmak: Birçok uygulamada elektrolitik kondansatörlerden yüksek anlık akım seviyelerinde çalışması istenir. Ancak kondansatörün uygulamanın ihtiyaç duyduğu anlık akım seviyesini karşılayabileceğinden emin olmak gerekir. Üretici verilerinde gösterilen maksimum akım sınırının %70’i seviyelerinin altında kalarak kondansatörün ömrü uzatılabilir ve güvenli bir kullanım sağlayabilirsiniz.
• Kondansatörün Isınmasını Önlemek: Üretici verilerinde belirtilen anma seviyelerinin altında bir çalışma gerçekleştirilse bile bu, kondansatörün ısınmasının önüne geçmek için yeterli değildir. Kondansatörün çalışma ortamının sıcaklığı, devre kartı üzerinde bulunan diğer bileşenlerin ortama yaydığı ısı gibi birçok etken söz konusudur. Sıcaklık, elektrolitik kondansatörlerin ömrüne doğrudan etki eden bir parametredir.