【导读】BLE是比蓝牙更省电，更方便用于IoT等用途的Bluetooth Low Energy的缩略，并加入蓝牙4.0的规格。
1. 什么是BLE？
蓝牙是无线头戴设备、无线耳机等近距离声音通信的手段而普及至今。
BLE是比蓝牙更省电，更方便用于IoT等用途的Bluetooth Low Energy的缩略，并加入蓝牙4.0的规格。
和原来的蓝牙一样，使用2.4GHz频带的电波进行通信，牺牲了原来的蓝牙的一定的传输速度和距离，实现了低消耗功率。
2. 推荐BLE用功率电感器
先说结论，此处将为您介绍推荐用于BLE的功率电感器。
0805尺寸的LQM21FN100M80和LQM21PNR47MGH采用了叠层结构的铁氧体磁芯。若需要更小型的产品，推荐在4MHz时使用LQM18PNR47NFR。
表1 推荐用于BLE的功率电感器
为什么推荐用于BLE，接下来进行详细说明。
3. 用于BLE的功率电感器需要的特性
BLE IC内置的DC-DC转换器为BLE准备了必要的电压。
这时，要外加电压转换用的功率电感器，此处用到的功率电感器的性能会左右DC-DC转换器的电力转换效率。
BLE因其省电而被重视，而外加电力转换效率较优的功率电感器与BLE的省电性能密切相关。
在此，对适合BLE的功率电感器所需性能进行考察后，为您介绍具体的产品。
4. 电感器的不同对BLE电源功效的影响的调查
调查不同电感器对BLE电源效率会有怎样的影响。
这里，关注电感器损耗中的DC损耗和AC损耗。DC损耗是由于流过电感器的电流中的直流成分而引起的损耗，使用直流阻抗（Rdc）和电流的直流成分（Idc）可用以下公式表示。
另一方面，AC损耗主要是由流过电感器的电流中的交流成分引起的损耗，绕线阻抗+磁芯损耗造成了我们看到的交流阻抗（Rac）和电流的交流成分（Irms），可用以下公式表示。
交流成分（Irms）表示电流振幅的大小，可以通过增加开关频率或增加功率电感器的电感值来降低。
截止到2018年今日，BLE IC内置的DC-DC转换器有1MHz和4Mhz两种开关频率。因此，在各个频率下使用电感值为1.5uH和10uH的电感器时，对DC损耗和AC损耗的比例进行了仿真。（图1）
虽然与频率条件等也有关，但功率电感器的Rac比Rdc更大。因此，如图1所示负载电流（=Idc）小至50mA以下的区域，DC损耗变得非常小，AC损耗占了大部分。
图1右下角L：10μH、频率：4MHz的条件下，高L且高频使电流振幅变小，从而抑制了AC损耗，DC损耗的比例增加。尽管如此，BLE的负载电流在10mA左右比较微弱，可以认为AC损耗在整个范围内占主导。
从这个结果来看，为了减少BLE应用中的电感损耗，影响AC损耗的电感值和Rac是重要的参数。
低Rac同时高电感值是最为理想的，但提高电感值会导致绕线阻抗和磁芯损耗的增加。因而，取得电感值和Rac之间的平衡非常重要。对于Rdc，可以认为在DC损耗比较小的BLE环境中影响程度较低。但数值太大的话也不能忽视。
图1 BLE用电源IC的AC损耗/DC损耗的比例
DC-DC转换器的电力损耗的重要原因，除了电感器损耗之外还有IC开关损耗和IC导通损耗等。
BLE用的功率电感器中，电感值的大小可能会影响开关损耗，选型时也需要考虑这一点。
图2是对流经电感器的电流波形进行的仿真。在像BLE这样的低负载下工作时，为了提高电源效率，通常在称为PFM控制（脉冲频率调制）的控制模式下工作。PFM控制通过不连续切换，减少开关次数来提高效率。图2的左图显示了电感值以相同频率变化时的电流波形。
电感值越大，电流振幅越小，但三角波的发生数量增大以匹配总电流量。这意味着开关次数的增加，会导致开关损耗的增加。图2的右图显示了以相同电感值改变频率时的电流波形。频率越高，电流振幅越小，但开关次数会增加。
这样，在PFM控制中，通过增加电感值和频率来降低电流振幅可以减小AD损耗，但也会增加开关损耗。
图2 改变电感值或开关频率时的电流波形
那么，究竟应该使用多少电感值呢？
在图3中，我们对在开关频率为1MHz和4MHz时，改变电感值的电源损耗进行了仿真（以LQM21P-GH系列的特性为基础，根据电感值的变化也改变了Rac并进行计算）。
该图分别显示了电源的总损耗和电感器本身的损耗。
在开关频率低至1MHz的情况下，电感损耗随着电感值的增大而减小，并且总损耗也会减小。另一方面，在4MHz的情况下，电感值越大，电感损耗越低，但总损耗增加。这是由于电感值大导致的开关损耗增加。
对比1MHz，在4MHz的情况下，首先由于开关次数多引起了开关损耗的比例增加，电感值波动使得开关损耗的增加变得更显著。
基于这些结果，对于1MHz，10μH是合适的，对于4MHz，0.47μH到1.0μH是合适的。
图3 电感值和电源损耗之间的关系
5. 适用于BLE的电感器的总结
表2和表3显示了适用于BLE的电感器的总结。
如上文所解释的，当开关频率为1MHz时，电感值约为10μH，而当开关频率为4MHz时，电感值在0.47μH至1.0μH较为合适。
在这里虽没有详提，但直流阻抗和磁芯损耗的也有大致的标准，需要具有如表2和表3所示规格的电感器。
表2 当开关频率为1 MHz时推荐的电感器规格
■当开关频率为1 MHz时
当L=10μH以上时，低R磁芯损耗很重要。Rdc的影响很小。
※具体的电感器举例：LQM21FN100M80
表3 当开关频率为4MHz时推荐的电感器规格
■当开关频率为4MHz时
L=0.47-2.2μH时，低R磁芯损耗很重要。Rdc的影响很小。
※具体的电感器举例：LQM21PNR47MGH、LQM18PNR47NFR
6. 选择用于BLE的电感器的性能
上一节中介绍了用于BLE的具体电感器，将其与普通电感器进行一下性能比较。
即使是相同规格的电感器，其结果也会根据直流阻抗和磁性体的不同而改变。首先是开关频率为1MHz时的情况。
在这种情况下，选择多层型电感器LQM21FN100M80作为BLE的电感器。图4显示了将其安装在市售的BLE设备上进行评估的结果。通过使用LQM21FN100M80，可以看到消耗功率在下降。
图4 将开关频率为1MHz的BLE进行消耗功率的比较
工作条件 ：Vin=3.30V、Vout=1.68V、FSW=1MHz、Idc=10mA
图5显示了开关频率为4MHz的BLE设备的情况。在这种情况下，使用电感值为0.47μH的LQM21PNR47MGH。通过用具有适当性能的电感器来代替它来成功地降低了功耗。
图5 将开关频率为4MHz的BLE进行消耗功率的比较
工作条件 ：Vin=3.30V、Vout=1.80V、FSW=4MHz、Idc=4mA
7. 总结
由于用于BLE的功率电感器会影响电源效率，因此它是决定BLE的低功耗特点的关键。
电感器所需的规格取决于BLE中使用的功率IC的开关频率，在1MHz时约为10μH，在4MHz时约为0.47-1.0μH。。
但是，即使形状和电感值相同，电源效率因电感器系列而异，也需要选择适合BLE的电感器系列。
这里介绍了适合BLE的功率电感器：
支持1MHz的开关频率：LQM21FN100M80
支持4MHz的开关频率：LQM21PNR47MGH
