变压器的邻近效应

邻近效应是趋肤效应的另一个现象，即在外表面相邻的导体中流动的电流会彼此非常接近，以至于它们的磁场发生重叠。这将使电流产生失真并将大部分电流集中在导体的相对侧，从而进一步增加局部峰值电流密度，进而产生铜损。邻近效应使趋肤电流变得不对称（图1）：

如果相邻导体中的电流以相反方向流动，则邻近效应将使大部分电流在最接近彼此的表面上流动，并减少导体相对侧上的电流（上图的镜像）。

这意味着邻近效应发生在两个相邻导线之间，而不论这两个导体中电流流动的方向如何。邻近效应也意味着相邻导体中会产生感应电流，即使它里面没有外部电流流动，因此，将磁芯固定在一起的金属夹会对电流流动产生干扰，即使它们没有电气连接。

对于多层绕组而言，邻近效应会通过在两个维度上起作用来干扰电流流动。不仅相邻导线会遭受电流密度平衡问题，而且相邻层也会相互影响。

图2中概略显示了单层2个、3个和5个相邻导体（所有导体的电流都以相同方向流动）的邻近效应。“+”号和“ - ”号分别表示电流密度比可能流过的等效直流电流（虚线）高和低。邻近效应可以累积（用“+”、“++”、“+++”等表示）。邻近效应会使电流集中在外表面上，并抑制中心导体中的电流流动。

图2：导体之间的邻近效应（电流流动方向相同）

邻近效应也会发生在层与层之间，并且整体效果相同——将电流集中在最外层上：

图3：邻近效应引起的相邻层之间的电流分布。

n层绕组的峰值电流的关系可从下式中求得：

公式1：n层绕组中的峰值电流。

因此，对于一个3层绕组，最外层会传送5倍标称电流，而对于一个4层绕组，最外层会传送7倍电流。在这两种情况下，最里面的绕组中沿最接近磁芯的表面流动的电流会为零。

邻近效应产生的损耗计算是由P.L.Dowell在1966年解出的，当时他写了一篇研讨论文，求解电感器中各层的麦克斯韦方程组，来导出Rac/Rdc对频率和层数的曲线（图4）。他的数学求解此后获得了进一步的改进，但把它作为第一近似值，仍然基本有效。

图4：电阻系数对频率和层数的Dowell曲线

对于一个工作在约120kHz的典型DC/DC转换器（上图蓝色实线），对于四层绕组，邻近效应会使交流电阻相比直流电阻增加30倍。可以很容易看出，在多层绕组中，为什么邻近损耗一般会超过趋肤效应损耗。

变压器中邻近效应产生的电流集中问题，可以通过交错绕组来减少。以一个传送1A电流、原边绕两层、副边绕两层的简单的1:1变压器为例。如果只是将副边绕在原边的外层（原边,原边,副边,副边），那么公式11告诉我们，原边最外层和副边最内层中流动的峰值电流会是3A。然而，如果将绕组重排成原边,副边,副边,原边的形式，那么峰值电流会只是标称电流1A，因为绕组之间的邻近效应会相消。

图5对此进行了概略展示：