一個導體可以允許同時流過方向相反的電流嗎？

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

提出問題

這位網友在留言區(qū)提了如下問題：

應該就是指的這幅圖中的電流的流動情況。疑惑在于：綠色的續(xù)流電流環(huán)是從低邊 MOS 管的 S → D，此時怎么會有個反向的電流從 D → S 來給自舉電容充電呢？其實這個問題挺難回答的，因為從電路分析的角度，我們有很多等效的方法，比如基爾霍夫定律來分析節(jié)點電流和電壓的問題。但是從直觀上去想，確實很難想通，這里一個 MOS 上會同時流過兩個反向的電流嗎？我們可以先把這個電路等效成一個簡單的電路，如下：

這是由兩個電源同時供電的一個簡化模型，其中r1和r2分別為電源 1 和電源 2 的內阻，R 為兩個電源的共同負載，那么我們可以根據疊加定理分析出，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)學分析上，我們可以認為它是兩個電流 I1 和 I2 的矢量和。但是這里讓人覺得莫名其妙地方的在于，一根導體上的電流表示某一時刻在導體截面上流過的載流子的密度，那么這根導體內部的電子會是兩條載流子流在流動嗎？

物理學上電流

物理學上，電流是因為存在電場，電場推動載流子移動，人們把移動起來的載流子定義為電流。所以其實本質上如果對導體內部進行觀測，這里的電流（載流子的流動）一定是單向的，也就是確定的一個方向的。原因在于，首先外部的電壓，也就是電場會先進行疊加，在導體兩端確定了一個瞬時的電場，然后導體內部的電子才會在這個確定的瞬時電場的驅動下進行移動，從而形成人們思維中的電流。數(shù)學模型不等于物理實際電路的疊加原理說多個電源對電流的作用可以分成單個電源作用之和。但這是有條件的，電路的疊加原理是電場疊加原理的延伸，因為載流子對電場的響應大部分情況下為線性，所以也可認為電流也滿足疊加原理，但是載流子感受到的是合電場的影響，而不是各個電場分別的影響。當載流子對電場響應為線性時，可以認為電路的疊加原理適用，但此時并不存在所謂不同方向的電流，這只是一種方便的數(shù)學處理，而不對應于物理實際(例如這些所謂的分電流不能產生真實的熱效應)，某個小體積元里載流子的定向移動方向只有一個，電流密度的方向唯一。

再看自舉電容充電問題

因此，回到我們的 DCDC 中來，

這里就有兩個電源，一個是 VCC 通過自舉電容對 GND 回路的供電，一個是出能后的電感開始釋放電能，從而形成了一個電源，對負載和串在負載上的低邊 MOS 管放電。所以，從電路分析的等效模型角度，這里可以按照兩個電流去計算和理解，那么本質上是兩個電源首先確定了在 MOS 的 DS 兩端的電壓差，也就是電場。這里假設是續(xù)流初期，電感兩端電勢還比較高，那么 SW 這一點的電壓就會低于 GND，也就是在整個系統(tǒng)中參考地去測能量是一個負值。那么，自舉電容的充電電流可以直接流向這個更低的電勢點。因此這個地方的電流如果測量的話，一定是綠色箭頭的方向，不會同時存在一個紅色電流的回路。

考慮下趨膚效應

那么，在導體中會不會存在這樣的一種情況：同時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來思考一下。

當電信號的頻率不斷地增加，大量電子都被感應的電場推到了導體的外表面，空心處的部分電子是什么方向呢？是否可以通過電場來產生與趨膚電流相反的電流呢？關注我? 多個角度看世界，多個維度看自己