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www medicaldesign news 05 2020 15 ist Der Methanolbrennstoff wird an der Anode katalytisch oxidiert wodurch die Elektronen bereitgestellt werden die einen elektrischen Strom aufrechterhalten Die Protonen werden durch die Membran zur Kathode geleitet wo sie sich mit Sauerstoff und Elektronen verbinden und verdampftes Wasser und eine vernachlässigbare Menge Kohlendioxid bilden Doch welche Herausforderungen stellen sich für die Stromversorgung eines Hörgerätes mit einer Brennstoffzelle und der Energie die es benötigt um einen ganzen Tag lang mit einem einzigen Ladevorgang betrieben zu werden? Die Zellspannung der Brennstoffzelle ist mit 400 mV zu niedrig um die nachgeschaltete Elektronik zu versorgen Ein Aufwärts-Spannungsregler kann das Problem zwar lösen aber es gibt nicht viele Spannungsregler die mit 400 mV arbeiten können Die Lösung Ein neuartiger Aufwärtswandler der mit einer niedrigen Eingangsspannung mit hohem Wirkungsgrad und niedrigem Ruhestrom arbeitet Der Betrieb bei niedriger Eingangsspannung ermöglicht die Anwendung der Brennstoffzellentechnologie in Hörgeräten während niedriger Ruhestrom und hoher Wirkungsgrad den Betrieb mit einem einzigen Ladevorgang maximieren ■ Widersprüchliche Anforderungen Bei einer Energiedichte von 4466 Wh l haben 270 µl Methanol einen Energiegehalt Evon E = 4466 × 270 µ = 1 2 Wh Bei einer angenommenen Brennstoffzellen-Effizienz von 10 Prozent ergibt sich eine Nutzenergie von 120 mW Bei einer Zellspannung von 0 4 Vbeträgt die äquivalente gespeicherte Ladung Q = 1 2 Wh 0 4V = 300 mAh Bild 1 zeigt ein typisches Blockschaltbild für ein Hörgerät Eine Methanol-Brennstoffzelle liefert eine Ladung von bis zu 720 mAh um den bordeigenen DSP das Mikrofon den Lautsprecher den ADC den DAC und die Verstärker über einen DC-DCAufwärtsregler zu versorgen In diesem Fall hält ein System das durchschnittlich einen Strom von 12 mA aufnimmt etwas mehr als einen Tag Laufzeit = 300 mAh 12 mA = 25 h Der Betrieb des Aufwärtswandlers mit niedriger Eingangsspannung ist für ein DMFCbasiertes System unerlässlich Die geringe Größe ist ein Muss bei kleinen tragbaren Geräten wie Hörgeräten Hoher Wirkungsgrad und niedriger Ruhestrom sind ebenfalls wichtig für die optimale Energieausnutzung und einen langen Betrieb zwischen den Ladevorgängen Dies sind jedoch widersprüchliche Anforderungen Eine Erhöhung der Schaltfrequenz des Spannungsreglers verringert zwar die Größe der passiven Bauteile erhöht jedoch die Verluste und verringert dadurch dessen Effizienz Das Angebot an Hörgeräten mit verschiedenen Produktmerkmalen sorgt auch für einen Bedarf an breitgefächerten kundenspezifischen Versionen von Spannungsreglern insbesondere im Hinblick auf die Eingangs-Ausgangsspannungsund Stromspezifikationen Dementsprechend kann ein Hörgerätehersteller gezwungen sein ein umfangreiches und kostenintensives Lager mit verschiedenen Regulatoren und passiven Bauteilen zu unterhalten die zu deren Unterstützung nötig sind ■ NanoPower-Auftwärtswandler mit True-Shutdown-Modus Der synchrone Aufwärtswandler MAX17220 NanoPower von Maxim Integrated Bild 2 Bild 1 Blockschaltung für ein methanolbetriebenes Hörgerät Bild 2 Anwendungsdiagramm eines Aufwärtswandlers