集肤效应(二)
2009-07-13 21:57阅读：
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什么是集肤效应？
同一物质尽管其内外有相同的原子结构和分子，但其表面与内部存在许多性质差别。譬如，
当交变电流流过导线时，导线周围变化的磁场也要在导线中产生感应电流，从而使沿导线截面的电流分布不均匀。尤其当频率较高时，此电流几乎是在导线表面附近的一薄层中流动，这就是所谓的集肤效应现象（skin
effect），或者称趋肤效应。
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集肤效应的危害与应对措施
（1）高频信号传输中的问题和措施
集肤效应增加了线路传输损耗，当
输送信号频率达到数GHz时，PCB导线的集肤效应会导致信号强度严重衰减。同时，集肤效应导致的波形畸变甚至导致数据传输失败。因此，怎样把GHz的高速信号以最小Jitter及最小衰减的性能在与芯片之间传送/接收是要面对的最重要的课题。
现在计算机的CPU内实现2GHz～3GHz高速信号运行，输出到印制板线路也高达450MHz。因此，印制板上导线不再是单纯电流流通，作为高速信号传输线，导线尺寸和布设位置对高频信号损耗有很大影响。传输线的特征是要求阻抗控制，设计者需要周密考虑基材特性、传输线的结构和图形配置。
在高频电路中存在集肤效应的影响，频率越高集肤效应越严重，如1MHz集肤效应在60μm厚层面，500MHz集肤效应在3.0μm厚层面，1GHz集肤效应在2.1μm厚层面，10GHz集肤效应在0.7μm厚层面。信号沿着导线表面(包括四侧面)流动，希望导线表面平滑，因粗糙表面会延迟信号传输时间。现在印制板用铜箔粗化面是2μm～3μm，凹凸轮廓还显大，要求更低轮廓铜箔以满足高频电流的传输。
（2）动力电传输线路的设计
在交流电传输线路设计中，电流集中在导体的表面，导致实际电流截面减小，电阻增加，必须考虑集肤效应的影响。而对于直流电流，基本上不存在集肤效应。所以，导体的电阻分为直流电阻RDC和交流电阻RAC，在计算不同频率的交流电流传输要求时，应该分开来计算。
交流电阻
RAC与直流电阻RDC的关系如下：
RAC=
0.076r·f·1/2RDC
式中，r：导线的半径（cm），f：流过导线的电流频率（Hz），直流电阻单位Ω。
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集肤效应在电加热中应用
世间万物，有一利必有一弊。这句话反过来说，也是可以的。集肤效应对高频信号传输非常不利，但它也有可以利用的一面。工业上利用高频电流集中在导体表面的特点，对金属构件进行表面淬火处理，以减小金属内部的脆性，增加金属表面的硬度等。
在加热理论中，有一个集肤效应原理，即：S=K（1/FC）1/2
式中：S —
集肤效应深度
K — 修正系数
FC — 频率
由此可以看出，当FC增大时，S变小，则集肤深度越深，同时其交流阻抗Z
=
KZC（FC）1/2也变大，因此在相同数值的电流作用下，负载所获得的能量也越高，而电流及线路损耗相应地也会变小，从而提高了加热效率，同时还可起到节约电能的目的。变频加热电源正是基于这一原理做成的，利用变频技术，可将运行频率提高到工频的数倍，加热效果会明显提高。
