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高頻導(dǎo)體的電流分布

作者: 時(shí)間:2011-01-02 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

 我們將研究自由空間及纏繞結(jié)構(gòu)中的有效電阻。圖 1 顯示了第一個(gè)例子。其為自由空間中單條導(dǎo)線(xiàn)的橫截面,其攜帶的是。如果為 直流,則顯示為不同顏色的密度全部相同。但是,隨著頻率的增加,電流朝外部移動(dòng),如紅色和橙色所示。這種擁擠情況被稱(chēng)為趨膚效應(yīng)。透入深度被定義為外表面到電流密度降至外表面電流密度 1/e 的那個(gè)點(diǎn)的距離。就銅而言,深度為:

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/180027.htm

  


  其中 f 單位為兆赫,而深度單位為 cm。

  

高頻下電流向外表面聚集

  圖 1 下電流向外表面聚集

  圖 2 顯示了自由空間中扁平的電流。它趨向在窄邊中流動(dòng),而非導(dǎo)體表面都相等。但是,它仍然具有相同的滲透深度。這大大地增加了電阻,因?yàn)閷?dǎo)體的大部分都具有非常低的電流密度。

  

  圖 2 電流集中于滲透深度導(dǎo)體端附近

  為了繞過(guò)扁平導(dǎo)體的電流問(wèn)題,通常將其直接放置在第二導(dǎo)體或接地層上面,它們的電流大小相等而方向相反。圖 3 顯示了一個(gè)示例,例子中反向電流相互吸拉至兩個(gè)導(dǎo)體的鄰近表面。滲透深度保持相同。電流主要都包含在一個(gè)以滲透深度和導(dǎo)體寬度(而非圖 2 所示的滲透深度和導(dǎo)體厚度)為邊界的區(qū)域中。因此,這些導(dǎo)體的 交流電阻遠(yuǎn)低于自由空間的情況。

  

  圖 3 反向電流拉至鄰近表面

  圖 4 顯示了一個(gè)層纏繞結(jié)構(gòu)的橫截面。其中,最上面兩個(gè)導(dǎo)體(3 和 4)攜帶相同方向的相同電流,而最下面兩個(gè)(1和2)攜帶與上面各層方向相反的相等電流。這可以代表 2-2 匝數(shù)比變壓器的層。如前面例子所述,繞組的電流被吸取至相對(duì)面。然而,出現(xiàn)了一種有趣的現(xiàn)象。在繞組 1 和 4 中,電流被吸取至內(nèi)表面,它在方向相反的繞組 2 和 3 上引起電流。繞組 2 和 3 的總電流正以反向流動(dòng),因此內(nèi)表面上的電流密度更大。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為鄰近效應(yīng),其會(huì)使工作的層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題。解決這一問(wèn)題的一種方法是重新安排導(dǎo)體疊放,對(duì)繞組交錯(cuò)以讓電流在兩端以正確方向流動(dòng),而非使用具有同向電流的兩個(gè)鄰近層繞組。

  

  圖 4 鄰近繞組的反向電流極大地增加了損耗

  Dowell1 建立了一種分析模型,用于計(jì)算不同厚度和層結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的交流電阻增加情況(請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1)。圖 5 顯示了其結(jié)果。曲線(xiàn)圖的 X 軸將層厚度標(biāo)準(zhǔn)化為滲透深度,而 Y 軸表明標(biāo)準(zhǔn)化為直流電阻的交流電阻。根據(jù)繞組中層的數(shù)目,繪制出這些曲線(xiàn)。一旦導(dǎo)體厚度接近趨膚深度,合理 AC/DC 比的層數(shù)便變少。另外,需要注意的是 1/2 層的低曲線(xiàn)。在這種情況下,繞組被交錯(cuò),并且電阻增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單層情況。

  

  圖 5 Dowell 說(shuō)明了高損耗層纏繞結(jié)構(gòu)的情況

  總之,隨著頻率增加,導(dǎo)體的電流會(huì)急劇變化。在自由空間中,相比扁平導(dǎo)體, 圓形導(dǎo)體在高頻下電阻更低。但是,同接地層一起使用時(shí),或者其位于攜帶返回電流的導(dǎo)體附近時(shí),扁平導(dǎo)體則更佳。

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