本《电源设计小贴士》中，我们将研究自由空间及缠绕结构中导体的有效电阻。图 1 显示了第一个例子。其为自由空间中单条导线的横截面，其携带的是高频电流。如果电流为 直流，则显示为不同颜色的电流密度全部相同。但是，随着频率的增加，电流朝导体外部移动，如红色和橙色所示。这种拥挤情况被称为趋肤效应。透入深度被定义为外表面到电流密度降至外表面电流密度 1/e 的那个点的距离。就铜而言，深度为：
其中 f 单位为兆赫，而深度单位为 cm。
图 1 高频下电流向外表面聚集
图 2 显示了自由空间中扁平导体的电流分布。它趋向在窄边中流动，而非导体表面都相等。但是，它仍然具有相同的渗透深度。
在电源技术中，电源设计是一项至关重要的任务，尤其是在高频环境下，导体的电流分布特性将对电路性能产生显著影响。本文主要探讨了高频导体的电流分布，即趋肤效应和邻近效应，并介绍了如何通过特定的设计策略来优化电源设计。
趋肤效应是当电流在高频条件下流经导体时，电流密度趋向于集中在导体表面的现象。这是因为随着频率增加，电磁场的作用使得电流路径倾向于避开内部，从而导致导体外部的电流密度增大。对于铜这样的材料，趋肤深度可以通过公式计算：δ = (2 / μ₀ * ω * σ)^(1/2)，其中f是频率（单位为MHz），μ₀是真空磁导率，σ是导体的电导率。趋肤效应使得导体的有效电阻增加，因为大部分导体内部的电流密度极低。
扁平导体的电流分布则表现出独特的特性。在自由空间中，电流更倾向于沿着导体的窄边流动，而非均匀分布。尽管如此，扁平导体的渗透深度仍然与圆形导体相同。为了降低由趋肤效应导致的电阻增加，一种解决方案是将扁平导体与另一导体或接地层平行放置，使得电流在两者的邻近表面流动，从而减小电阻。
邻近效应是另一个在层缠绕结构中常见的问题，尤其是在高频变压器中。当相邻的导体层携带相反方向的电流时，电流会被吸引到相对的表面，导致内部电流密度增大，进而增加损耗。为了解决这个问题，设计师可以采用交错绕组的方式，确保电流在导体的两端以正确的方向流动，从而减少邻近效应的影响。
Dowell建立的分析模型提供了一种计算不同厚度和层结构导体交流电阻的方法。该模型显示，当导体厚度接近趋肤深度时，电阻增加显著，且交错绕组（1/2层）能有效降低电阻增加。设计师可以根据这个模型选择合适的导体厚度和绕组结构，以优化电源效率。
高频电源设计需要充分考虑趋肤效应和邻近效应带来的挑战。通过理解这些现象并采用适当的布局策略，可以改善导体的电流分布，从而减少电阻和损耗，提高电源的性能和效率。在后续的讨论中，我们将进一步探讨如何利用下垂法并联电源来优化设计。
