一个导体可以允许同时流过方向相反的电流吗？

昨天半夜收到了一个网友在公众号文章上的回复，我想他的问题应该有很多人会有疑惑，我自己也有疑惑，因此思考了很久，把思路整理在这里。上期公众号文章中讨论的是DCDC 芯片中的自举电容的问题，其中涉及到了自举电容的充电回路的问题。文章回顾：DCDC 中的自举电容

提出问题

这位网友在留言区提了如下问题：

应该就是指的这幅图中的电流的流动情况。疑惑在于：绿色的续流电流环是从低边 MOS 管的 S → D，此时怎么会有个反向的电流从 D → S 来给自举电容充电呢？其实这个问题挺难回答的，因为从电路分析的角度，我们有很多等效的方法，比如基尔霍夫定律来分析节点电流和电压的问题。但是从直观上去想，确实很难想通，这里一个 MOS 上会同时流过两个反向的电流吗？我们可以先把这个电路等效成一个简单的电路，如下：

这是由两个电源同时供电的一个简化模型，其中r1和r2分别为电源 1 和电源 2 的内阻，R 为两个电源的共同负载，那么我们可以根据叠加定理分析出，R 上的电流为电源 1 和电源 2 共同作用在 R 上之后的电流。这里从数学分析上，我们可以认为它是两个电流 I1 和 I2 的矢量和。但是这里让人觉得莫名其妙地方的在于，一根导体上的电流表示某一时刻在导体截面上流过的载流子的密度，那么这根导体内部的电子会是两条载流子流在流动吗？

物理学上电流

物理学上，电流是因为存在电场，电场推动载流子移动，人们把移动起来的载流子定义为电流。所以其实本质上如果对导体内部进行观测，这里的电流（载流子的流动）一定是单向的，也就是确定的一个方向的。原因在于，首先外部的电压，也就是电场会先进行叠加，在导体两端确定了一个瞬时的电场，然后导体内部的电子才会在这个确定的瞬时电场的驱动下进行移动，从而形成人们思维中的电流。数学模型不等于物理实际电路的叠加原理说多个电源对电流的作用可以分成单个电源作用之和。但这是有条件的，电路的叠加原理是电场叠加原理的延伸，因为载流子对电场的响应大部分情况下为线性，所以也可认为电流也满足叠加原理，但是载流子感受到的是合电场的影响，而不是各个电场分别的影响。当载流子对电场响应为线性时，可以认为电路的叠加原理适用，但此时并不存在所谓不同方向的电流，这只是一种方便的数学处理，而不对应于物理实际(例如这些所谓的分电流不能产生真实的热效应)，某个小体积元里载流子的定向移动方向只有一个，电流密度的方向唯一。

再看自举电容充电问题

因此，回到我们的 DCDC 中来，

这里就有两个电源，一个是 VCC 通过自举电容对 GND 回路的供电，一个是出能后的电感开始释放电能，从而形成了一个电源，对负载和串在负载上的低边 MOS 管放电。所以，从电路分析的等效模型角度，这里可以按照两个电流去计算和理解，那么本质上是两个电源首先确定了在 MOS 的 DS 两端的电压差，也就是电场。这里假设是续流初期，电感两端电势还比较高，那么 SW 这一点的电压就会低于 GND，也就是在整个系统中参考地去测能量是一个负值。那么，自举电容的充电电流可以直接流向这个更低的电势点。因此这个地方的电流如果测量的话，一定是绿色箭头的方向，不会同时存在一个红色电流的回路。

考虑下趋肤效应

那么，在导体中会不会存在这样的一种情况：同时有两束方向相反的电子流呢？大家可以了解一下高频电流的趋肤效应来思考一下。

当电信号的频率不断地增加，大量电子都被感应的电场推到了导体的外表面，空心处的部分电子是什么方向呢？是否可以通过电场来产生与趋肤电流相反的电流呢？关注我  多个角度看世界，多个维度看自己