1、集膚效應與鄰近效應3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應一、集膚效應 如果流過導線的電流是直流或低頻電流I，在導線內和導線的周圍將產生磁場B，磁場從導體中心向徑向方向擴展開來。在導體中心點，磁場包圍的電流為零，磁場也為零；由中心點向徑向外延伸時，包圍的電流逐漸加大，磁場也加強，當達到導體表面時，包圍了全部電流，磁場也最強（H=I/dd 為導線直徑）。在導體外面，包圍的電流不變，離開導線中心越遠，磁場也越弱。3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應當導體通過高頻電流i 時，變化的電流就要在導體內和導體外產生變化的磁場(圖6-2 中123 和456)垂直于電流方向。根據電磁感應定律，高頻

2、磁場在導體內沿長度方向的兩個平面L 和N 產生感應電勢。此感應電勢在導體內整個長度方向產生的渦流（abca 和defd）阻止磁通的變化。可以看到渦流的ab和ef 邊與主電流OA 方向一致，而bc 邊和de 邊與OA相反。這樣主電流和渦流之和在導線表面加強，越向導線中心越弱，電流趨向于導體表面。這就是集膚效應。3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應單根導體的集膚效應等效電路：A點表示導線表面，B 點表示導線的中心。當直流或低頻電流流過時，電感不起作用或作用很小。電路電阻電流總和等于導線總電流。但如果導線流過高頻電流，由于分布電感作用，外部電感阻擋了外加電壓的大部分，只是在接近表面的電阻才流

3、過較大電流，由于分布電感降壓，表面壓降最大，由表面到中心壓降逐漸減少，由表面到中心電流也愈來愈小，甚至沒有電流，也沒有磁場。3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應二、集膚深度研究表明，導線中電流密度從導線表面到中心按指數規律下降。導線有效截面減少而電阻加大，損耗加大。為便于計算和比較，工程上定義從表面到電流密度下降到表面電流密度的0.368（即1/e）的厚度為趨膚深度或穿透深度，即認為表面下深度為的厚度導體流過導線的全部電流，而在層以外的導體完全不流過電流。銅導線溫度20、不同頻率下的穿透深度：3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應 對于圓導線，直流電阻Rdc 反比于導線截面積。因

4、集膚效應使導線的有效截面積減少，交流電阻Rac 增加。雖Rac/Rdc 隨直徑增加而增加，但交流電阻Rac 實際上隨直徑的增加而減少。因為銅線直徑增加，直流電阻反比于 ，而交流電阻反比于d，直流電阻減少快于交流電阻的結果。較大銅線尺寸使得銅損耗小于磁芯損耗。 大直徑的導線因交流電阻引起的交流損耗大，經常用截面之和等于單導線的多根較細導線并聯。2d3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應三、鄰近效應當回流導體靠近時，兩根導線的場向量將相加。在兩導體相鄰之間，磁場方向相同而加強；兩導線之外側，磁場相反而抵銷，磁場很弱，或為零。在導體內部，由兩導體外側向內逐漸加強，到達導體的內表面時磁場最強。3

5、.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應如果兩導體相距w 很近，鄰近效應使得電流在相鄰內側表面流通，磁場集中在兩導線間，導線的外側，既沒有電流，也沒有磁場合成磁場為零，沒有磁場地方不存儲能量，能量主要存儲在導線之間。如果寬度bw，單位長度上的電感為：3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應為減少分布電感，圖(a)最好，圖(b)次之，圖(c)最差。因此，在布置印刷電路板導線時，流過高頻電流的導線與回流導線上下層最好。平行靠近放置在同一層最差，即使導線很寬，實際上僅在導線靠近的邊緣有高頻電流流通，損耗很大，而且層的厚度不應當超過穿透深度。3.1 集膚效應與鄰近效應集膚效應與鄰近效應 對于多層

6、線圈，流過導體表面的渦流將隨線圈的層數呈指數遞增。3.2 變壓器的漏感變壓器的漏感在實際變壓器中，如果初級磁通不全部匝鏈次級就產生了漏感。圖中為一雙層繞組的 變壓器，由于鄰近效應的影響，在兩層線圈之間會存儲一部分磁場能量，初級側的磁通不能完全匝鏈次級。這部分漏磁是漏感形成的主要因素。漏感與初級匝數N 的平方成正比，與窗口的寬度l 成反比。因此減少匝數，選取大的窗口寬度可減少漏感。還應當看到，線圈之間的間隔越小，漏感也越小。3.2 變壓器的漏感變壓器的漏感對于反激變壓器， 由于高磁阻的氣隙存在，初級線圈產生的磁通除了大部分經過磁芯和串聯氣隙端面磁通和邊緣磁通外，還有一部分磁通只經過部分磁芯磁路的

7、散磁。這部分散磁如果沒能匝鏈次級線圈，也將產生漏感。3.2 變壓器的漏感變壓器的漏感二、減小漏感的方法-線圈交錯繞制如果是多層線圈，同理可作出更多層線圈的磁場分布圖。為了減少漏感，可將初級和次級都分段。但是，線圈分得太多，繞制工藝復雜，線圈間間隔比例加大，充填系數降低，同時初級與次級之間的屏蔽困難。 在輸出與輸入電壓都比較低的情況下， 又要求漏感非常小，如驅動變壓器， 可以采用雙線并繞，同時采用窗口 寬高比較大的磁芯3.3 多層線圈多層線圈在高頻變壓器中，全部電流高頻分量將在初級與次級直接面對的里層的內表面和相鄰的外表面流動。因此兩層線圈并聯并不能擴大電流。為了擴大電流，通常有幾種選擇：v加大

8、線圈窗口高度 窗口寬一倍，因此, 磁場強度小一倍，則單位體積存 儲的能量小4 倍。由于寬度增加，也許體積增加一倍，總能量實際減少一半，漏感也減少一半。線圈寬度增加的不利后果是增加了線圈之間的電容。3.3 多層線圈多層線圈2. 交錯繞組交錯可以減小渦流損耗，降低漏感。3. 并聯準則 并聯的所有導線必須在窗口中經過相同的場。 為了達到平均分配電流，應將導線絞成螺旋形或麻花形，使得每根導線在其長度方向感應相同的電壓3.3 多層線圈多層線圈由于鄰近效應，高頻變壓器中不工作的線圈將產生被動損耗。為了避免被動損耗，應避免中心抽頭。如果采用了中心抽頭，同時導通的一半初級和次級應當安排在相互接近的地方。而另一半安排在一起。這樣在不導通時，導通邊合成磁場在無源區為零，不產生渦流。3.4 線