关于集肤效应的内部消息

发布人是

集肤效应是对交流电流沿导电体外缘或皮肤流动,而不是以平均分布方式流动的明显趋势的统称。实际会发生什么?您需要注意哪些问题?

交流电流和直流电流都需要使用电能来整体推动周边的电荷。在直流状态下,使用的电能是恒定的,全部电荷都感觉一直朝某个方向拉动。合成磁场是不变的,电流可以均匀流过任何形状的导电体,从电线母线

交流电流使用动态电能产生,合成磁场不是不变的。电磁等级会影响一根电线内的变化电流如何产生平行双线内的电流,但此效果实际上也发生在单个导电体内。虽然所有电荷由于使用的电能在任何指定时间都会感觉到相同力量,但变化磁场会产生反向力量,我们将开始看到抵消部分主电流的涡电流。涡电流可以呈现为从圆导电体横截面的正中心开始的中性圆圈。它们抵消按预期方向流动的“正”电流,形成零和区域。这个圆圈的大小与使用的电能的频率成比例,随交流频率的增加而增大。低频率时,其几乎不存在,不会影响导电体的整体电阻率。随着频率增加,这个死区也将增加并将正电流“推”到导电体边缘,从而通过减少电流可能流动的可用区域提高导电体的有效电阻。这一可用区域称为“皮肤”。可用区域的深度(从导电体的最外层边缘纯性测量)称为皮肤深度。有些导电体的皮肤深度不仅取决于频率,还取决于导电体材料的电阻率和电容率。

皮肤深度没有绝对限制,而是将出现 63% 电流密度时的近似值。阻止正电流流动的导电体内没有硬性要求,在此中性区仍会有少量电流流动。 

数学很有趣,不过您需要在何时注意导电体中这个神秘的死区?虽然可以很轻松地说,除非您需要应对千兆赫电路,否则它无关紧要,因为皮肤会影响近乎每一个交流设计。铜线频率为 60Hz 时,皮肤深度为 8.5mm。这意味着,要看到中性区开始出现,导电体直径至少需要为 17mm。如果您看看连接线或家中 12 到 14 规格的标准线,这一体积似乎非常大,但当您尝试使用标准线将千瓦乃至兆瓦功率从发电厂移至家庭和企业时,它就变得有些受限制了。 

铝经常用于输电线路,因为它比铜要轻得多,而且不是非常糟糕的导电体。集肤效应在更好的导电体中更加显著,皮肤深度与导电体电阻率的平方根成比例,所以,皮肤深度实际上在携带相同功率的铜中要更大。这个等式中的方根阻碍了铝实际上成为比铜“更好”的导电体,但更大的皮肤深度则巩固了输电线路中铝的地位,因为这种金属更轻,价格也更低廉。 

随着频率增加,皮肤深度的下降速度比您预期的还要快,甚至会导致电路板级设计问题。100kHz(常见的电源转换器开关频率)时,铜的皮肤深度仅为 0.2mm。如果您使用诸如 ON Semiconductor 的 NCP1060 离线切换器来转换 220VAC,您很可能要在 PCB 上使用 2oz 甚至 4oz 铜来管理整个电源。电路板的高频部分可能由于集肤效应无法利用额外的铜,您的系统则可能由于电阻的增加出现运行失常。这一效果(还有其他因素)正是电路板设计人员在切换设计中尽可能让高频路径保持短而直的原因。

参阅相关产品

NCP1060BD060R2G

onsemi 交流至直流交换转换器 查看

幸好,在各个范围内均存在一些应对这一情况的方法。皮肤深度适用于每一个导电体。如果您使用多个薄导电体而不是一个大导电体,集肤效应不会影响任何一个薄导电体,等效电阻可能会低很多。这是为何绞线在交流应用中非常常见的原因,甚至是对于频率相对低的应用,如电源线。股线还可以放在更轻的结实的绳芯(如钢,乃至碳化纤维)周边,以增加高功率应用整个长途通迅的稳定性。PCB 更宽的线路提供更大的表面区域,让线路电阻保持在较低水平。这些简单的设计依据能够在多数电源设计中消除集肤效应,但在数百兆赫甚至是数百千兆赫下运行的 RF 设计需要认真规划,并利用经验丰富的工程师的的专业知识才能够正常工作。使用非金属介质来传输数据的光纤电缆通常为必备材料,因为标准导电体的皮肤深度会非常浅。

相关新闻文章

最新消息

Sorry, your filter selection returned no results.

请仔细阅读我们近期更改的隐私政策。当按下确认键时,您已了解并同意艾睿电子的隐私政策和用户协议。

本网站需使用cookies以改善用户您的体验并进一步改进我们的网站。此处阅读了解关于网站cookies的使用以及如何禁用cookies。网页cookies和追踪功能或許用于市场分析。当您按下同意按钮,您已经了解并同意在您的设备上接受cookies,并给予网站追踪权限。更多关于如何取消网站cookies及追踪的信息,请点击下方“阅读更多”。尽管同意启用cookies追踪与否取决用户意愿,取消网页cookies及追踪可能导致网站运作或显示异常,亦或导致相关推荐广告减少。

我们尊重您的隐私。请在此阅读我们的隐私政策。