一個(gè)導(dǎo)體可以允許同時(shí)流過(guò)方向相反的電流嗎？

昨天半夜收到了一個(gè)網(wǎng)友在公眾號(hào)文章上的回復(fù)，我想他的問(wèn)題應(yīng)該有很多人會(huì)有疑惑，我自己也有疑惑，因此思考了很久，把思路整理在這里。上期公眾號(hào)文章中討論的是DCDC 芯片中的自舉電容的問(wèn)題，其中涉及到了自舉電容的充電回路的問(wèn)題。文章回顧：DCDC 中的自舉電容

提出問(wèn)題

這位網(wǎng)友在留言區(qū)提了如下問(wèn)題：

應(yīng)該就是指的這幅圖中的電流的流動(dòng)情況。疑惑在于：綠色的續(xù)流電流環(huán)是從低邊 MOS 管的 S → D，此時(shí)怎么會(huì)有個(gè)反向的電流從 D → S 來(lái)給自舉電容充電呢？其實(shí)這個(gè)問(wèn)題挺難回答的，因?yàn)閺?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E8%B7%AF%E5%88%86%E6%9E%90/">電路分析的角度，我們有很多等效的方法，比如基爾霍夫定律來(lái)分析節(jié)點(diǎn)電流和電壓的問(wèn)題。但是從直觀上去想，確實(shí)很難想通，這里一個(gè) MOS 上會(huì)同時(shí)流過(guò)兩個(gè)反向的電流嗎？我們可以先把這個(gè)電路等效成一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，如下：

這是由兩個(gè)電源同時(shí)供電的一個(gè)簡(jiǎn)化模型，其中r1和r2分別為電源 1 和電源 2 的內(nèi)阻，R 為兩個(gè)電源的共同負(fù)載，那么我們可以根據(jù)疊加定理分析出，R 上的電流為電源 1 和電源 2 共同作用在 R 上之后的電流。這里從數(shù)學(xué)分析上，我們可以認(rèn)為它是兩個(gè)電流 I1 和 I2 的矢量和。但是這里讓人覺(jué)得莫名其妙地方的在于，一根導(dǎo)體上的電流表示某一時(shí)刻在導(dǎo)體截面上流過(guò)的載流子的密度，那么這根導(dǎo)體內(nèi)部的電子會(huì)是兩條載流子流在流動(dòng)嗎？

物理學(xué)上電流

物理學(xué)上，電流是因?yàn)榇嬖陔妶?chǎng)，電場(chǎng)推動(dòng)載流子移動(dòng)，人們把移動(dòng)起來(lái)的載流子定義為電流。所以其實(shí)本質(zhì)上如果對(duì)導(dǎo)體內(nèi)部進(jìn)行觀測(cè)，這里的電流（載流子的流動(dòng)）一定是單向的，也就是確定的一個(gè)方向的。原因在于，首先外部的電壓，也就是電場(chǎng)會(huì)先進(jìn)行疊加，在導(dǎo)體兩端確定了一個(gè)瞬時(shí)的電場(chǎng)，然后導(dǎo)體內(nèi)部的電子才會(huì)在這個(gè)確定的瞬時(shí)電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行移動(dòng)，從而形成人們思維中的電流。數(shù)學(xué)模型不等于物理實(shí)際電路的疊加原理說(shuō)多個(gè)電源對(duì)電流的作用可以分成單個(gè)電源作用之和。但這是有條件的，電路的疊加原理是電場(chǎng)疊加原理的延伸，因?yàn)檩d流子對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)大部分情況下為線性，所以也可認(rèn)為電流也滿足疊加原理，但是載流子感受到的是合電場(chǎng)的影響，而不是各個(gè)電場(chǎng)分別的影響。當(dāng)載流子對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)為線性時(shí)，可以認(rèn)為電路的疊加原理適用，但此時(shí)并不存在所謂不同方向的電流，這只是一種方便的數(shù)學(xué)處理，而不對(duì)應(yīng)于物理實(shí)際(例如這些所謂的分電流不能產(chǎn)生真實(shí)的熱效應(yīng))，某個(gè)小體積元里載流子的定向移動(dòng)方向只有一個(gè)，電流密度的方向唯一。

再看自舉電容充電問(wèn)題

因此，回到我們的 DCDC 中來(lái)，

這里就有兩個(gè)電源，一個(gè)是 VCC 通過(guò)自舉電容對(duì) GND 回路的供電，一個(gè)是出能后的電感開(kāi)始釋放電能，從而形成了一個(gè)電源，對(duì)負(fù)載和串在負(fù)載上的低邊 MOS 管放電。所以，從電路分析的等效模型角度，這里可以按照兩個(gè)電流去計(jì)算和理解，那么本質(zhì)上是兩個(gè)電源首先確定了在 MOS 的 DS 兩端的電壓差，也就是電場(chǎng)。這里假設(shè)是續(xù)流初期，電感兩端電勢(shì)還比較高，那么 SW 這一點(diǎn)的電壓就會(huì)低于 GND，也就是在整個(gè)系統(tǒng)中參考地去測(cè)能量是一個(gè)負(fù)值。那么，自舉電容的充電電流可以直接流向這個(gè)更低的電勢(shì)點(diǎn)。因此這個(gè)地方的電流如果測(cè)量的話，一定是綠色箭頭的方向，不會(huì)同時(shí)存在一個(gè)紅色電流的回路。

考慮下趨膚效應(yīng)

那么，在導(dǎo)體中會(huì)不會(huì)存在這樣的一種情況：同時(shí)有兩束方向相反的電子流呢？大家可以了解一下高頻電流的趨膚效應(yīng)來(lái)思考一下。

當(dāng)電信號(hào)的頻率不斷地增加，大量電子都被感應(yīng)的電場(chǎng)推到了導(dǎo)體的外表面，空心處的部分電子是什么方向呢？是否可以通過(guò)電場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生與趨膚電流相反的電流呢？關(guān)注我? 多個(gè)角度看世界，多個(gè)維度看自己