电流的邻近效应原理解析

之前的文章已经讨论了单根孤立导线在通过高频电流时，导线内部的磁场对电流的影响（集肤效应）。高频时，导线外部磁场与直流或低频磁场一样，由导线表面向径向方向辐射开来。电流在外表面流通，电流密度从导线表面向中心轴线逐渐减少。

当回流导体靠近时，它们的场向量相加。如图1，两根流过相反电流的导线，它们中间的磁场叠加，磁场强度最强。而在两导线外侧，两磁场相互抵消，磁场强度很弱。

图1

现在来看两根矩形截面的导线（图2），它们相邻且截面积相同，两根导线流过相反的电流iA和iB。在两导线之间，磁场因方向相同而加强；而在两导线外侧，磁场因相反而抵消，磁场很弱，或为0。在导线内部，不仅处于自身的电流磁场中，而且还处于相邻导线产生的磁场中，磁场由两导线外侧向内侧逐渐加强，到达导线的内表面时，磁场最强。

图2

图3

若两根导线的厚度a大于穿透深度△，当它们流过方向相反、大小相等的高频电流iA和iB时，流过导体A的电流iA产生的磁场ΦA会穿过导体B，在导体B中产生涡流iAB。

在导体B中，靠近A一边的涡流与iB方向一致，相互叠加；而在远离A一边的涡流，方向与iB相反，相互抵消。同理，导线A中的电流同样会受到电流iB产生的磁场影响，使电流在靠近导线B的一边流通。这样，相邻导体中的电流挤在相互接近的一边流通。这就是邻近效应。

如果两导体间的距离w很近(图3)，邻近效应使得电流在导线相邻的内侧表面流通(图中+和·表示电流方向)，磁场集中在两导线之间。而在导线的外侧，既没有电流，也没有磁场——合成磁场为0，没有磁场地方不存储能量，能量主要存储在导线之间。如果导线宽度b>>w，单位长度上的电感为

式中:

N=1——匝数

l（小写L）——导电带料的长度(cm)

b一带料的宽度(cm)

w一导线间距离 (cm)

若忽略外磁场的能量，单位长度两导线间存储的能量为

式中:

I(大写i)——导电带料流过的电流

H——导线之间的磁场强度。

可见，如果导线宽度越窄 (b变小)，存储能量越大。根据上式比较图4中几种导线的排列可以看到，由于邻近效应，电流集中在导线之间相邻的边缘上，b越小，表面间的磁场强度越强。

如果两导线距离w相同、两导线电流数值相等，图4(a)导线宽度比图4(c) 宽，根据上式可见，导线间存储的能量与导线的宽度成反比。所以，图4(c)比图4(a)存储更多的能量，导线电感也更大。

邻近效应也使得图4(c)导线的有效截面积大幅度减少，故损耗最大。为减少分布电感，图4 (a)最好，图4(b)次之，图4(c)最差。

图4

因此，在布置印刷电路板导线时，流过高频电流的导线与回流导线分布在上下层最好。平行靠近放置在同一层最差，即使导线很宽，实际上仅在导线靠近的边缘有高频电流流通，损耗很大，而且层的厚度不应当超过穿透深度。