การมอดูเลชั่นความกว้างพัลส์แบบสุ่ม ( RPWM ) เป็น เทคนิค การมอดูเลชั่นที่นำมาใช้เพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ของตัวแปลงพลังงานโดยการกระจายพลังงานของสัญญาณรบกวนไปทั่วแบนด์วิดท์ ที่กว้างขึ้น เพื่อไม่ให้มีจุดสูงสุดของสัญญาณรบกวนอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์หลักของสัญญาณมอดูเลชั่นความกว้างพัลส์ แบบสุ่ม ^{[ 1 ]}

ตัวกรอง การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อกรองการปล่อยคลื่นรบกวนที่เกิดจากตัวแปลงพลังงานตั้งแต่เริ่มมีการใช้งาน อย่างไรก็ตาม เมื่อขนาดเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เช่น ใน การใช้งานใน เครื่องบินและรถยนต์หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาที่ใช้ได้จริงในการลดการปล่อยคลื่นรบกวนคือการใช้การปรับความกว้างพัลส์แบบสุ่ม (RPWM) ในรูปแบบการปรับความกว้างพัลส์ (PWM) แบบดั้งเดิม พลังงาน ฮาร์มอนิกจะกระจุกตัวอยู่ที่ความถี่ที่กำหนดหรือทราบได้ซึ่งมีขนาดมาก ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางกล เสียงรบกวนและ EMI อย่างไรก็ตาม การใช้ความสุ่มกับรูปแบบ PWM แบบดั้งเดิม จะทำให้พลังงาน ฮาร์มอนิกกระจายออกไปจนไม่มีฮาร์มอนิกที่มีขนาดมาก และฮาร์มอนิก สูงสุด ที่ความถี่ แบบไม่ต่อเนื่อง จะลดลงอย่างมาก^{[ 2 ]}

ใน RPWM พารามิเตอร์การสลับตัวหนึ่งของสัญญาณ PWM เช่น ความถี่การสลับ ตำแหน่งพัลส์ และรอบการทำงานจะถูกเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มเพื่อกระจายพลังงานของสัญญาณ PWM ดังนั้น ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่ถูกทำให้เป็นแบบสุ่ม RPWM สามารถจำแนกได้เป็น การมอดูเลชั่นความถี่แบบสุ่ม (RFM) การมอดูเลชั่นตำแหน่งพัลส์แบบสุ่ม (RPPM) และการมอดูเลชั่นรอบการทำงานแบบสุ่ม (RDCM) ^{[ 3 ]}

คุณสมบัติของ RPWM สามารถตรวจสอบเพิ่มเติมได้โดยการพิจารณาความหนาแน่นสเปกตรัมกำลัง (PSD) สำหรับ PWM ทั่วไป PSD สามารถกำหนดได้โดยตรงจาก การขยาย อนุกรมฟูริเยร์ของสัญญาณ PWM อย่างไรก็ตาม PSD ของสัญญาณ RPWM สามารถอธิบายได้ใน ระดับ ความน่าจะ^เป็น เท่านั้นโดย ใช้ทฤษฎีของกระบวนการสุ่มเช่นกระบวนการสุ่มแบบสถิตในความหมายกว้าง (WSS) ^{[ 4} ]

ในบรรดาเทคนิค RPWM ต่างๆ RFM (การมอดูเลชั่นความถี่แบบสุ่ม) เป็นวิธีการที่พบได้บ่อยที่สุดในสามประเภทหลัก ซึ่งใช้ใน โทโพโลยี ตัวแปลงพลังงาน หลายแบบ เพื่อให้ผ่าน การทดสอบ ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ในการมอดูเลชั่นประเภทนี้ความถี่ในการสวิตช์ของสัญญาณ PWM จะถูกเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มเพื่อกระจายสัญญาณรบกวนที่ปล่อยออกมาจากตัวแปลงพลังงานที่นำไปใช้ RFM นั้นง่ายต่อการใช้งานและช่วยลดสัญญาณรบกวน สูงสุดได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับ PWM แบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม การใช้งานมีข้อจำกัดเฉพาะตัวแปลงพลังงานที่ไม่ต้องการความถี่ในการสวิตช์ คงที่สำหรับการทำงานปกติ การเปลี่ยนแปลง ความถี่ในการสวิตช์ที่มากขึ้นอาจส่งผลต่อการทำงานที่เหมาะสมของอุปกรณ์และส่วนประกอบภายในวงจร ตัว แปลงพลังงาน^{[ 5 ]}

RPPM ยังถูกนำไปใช้ในตัวแปลงพลังงานเพื่อผ่านการทดสอบการปฏิบัติตามมาตรฐาน EMC เทคนิค การมอดูเล ชั่นนี้ ยังช่วยลดการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้าและการปล่อยคลื่นรบกวนแบบแผ่รังสีของตัวแปลงพลังงาน ได้อย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับ RFM แล้ว RPPM มีประสิทธิภาพในการลด EMI น้อยกว่า เนื่องจาก PSD ของ RPPM ประกอบด้วยส่วนประกอบความหนาแน่นและฮาร์มอนิก และสเปกตรัมไม่สามารถกระจายได้อย่างเต็มที่ ต่างจาก RFM ที่สเปกตรัมมีเพียงส่วนประกอบความหนาแน่นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ใน รูปแบบ การมอดูเลชั่น นี้ ทั้งความถี่ในการสวิตช์และความกว้างของพัลส์จะคงที่ ทำให้ส่วนประกอบของตัวแปลง เช่นตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง^{[ 1 ] [ 3 ]}

ใน RDCM ความกว้างของพัลส์หรือรอบการทำงานของสัญญาณ PWM จะถูกเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มเพื่อกระจายสเปกตรัมของสัญญาณรบกวนการมอดูเลชั่นแบบนี้พบได้น้อยกว่าแบบก่อนหน้า เนื่องจาก RDCM มีประสิทธิภาพในการกระจายสัญญาณรบกวนน้อยกว่า นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงรอบการทำงาน แบบสุ่ม อาจทำให้แรงดันเอาต์พุตผันผวนและมีระลอกคลื่น ยิ่งไปกว่านั้น ในโทโพโลยีตัวแปลงพลังงาน บางแบบ การเปลี่ยนแปลง รอบการทำงาน เป็นวิธีการหลักในการควบคุม แรงดันและกระแสอินพุต-เอาต์พุตโดย ใช้ระบบควบคุมแบบวงปิด^{[ 3 ]}ตัวอย่างเช่น การขับเคลื่อนมอเตอร์ DC แบบมีแปรงถ่าน เนื่องจากพลังงานที่ส่งไปยังมอเตอร์ถูก "ตัด" ที่ความถี่เฉพาะเพื่อเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแส การนำการสุ่มเข้ามาในกระบวนการอาจทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง

การมอดูเลชั่นประเภทนี้กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในไดรฟ์ปรับความถี่ได้ทุกขนาดและทุกประเภทการใช้งาน ใน VFD ขนาดสำหรับผู้บริโภคที่มีฟีเจอร์นี้ มักจะแสดงเป็นพารามิเตอร์ที่ผู้ใช้เลือกได้ โดยมักมีระดับการทำงานหลายระดับ บางไดรฟ์อาจใช้มากกว่าหนึ่งวิธีพร้อมกัน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วคำว่า "RPWM" จะใช้เพื่อเรียกการมอดูเลชั่นประเภทนี้ในเชิงเทคนิค แต่เทคโนโลยีนี้ยังไม่มีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการในโลกของชื่อพารามิเตอร์ VFD ตัวอย่างเช่นFuji Electricเรียกพารามิเตอร์ลดเสียงรบกวนของตนว่า "motor tone" ในขณะที่Mitsubishi ElectricและTeco Westinghouseเรียกมันว่า "soft PWM" การใช้คำว่า "soft PWM" อาจทำให้เกิดความสับสนสำหรับผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับเทคนิคนี้ เนื่องจาก บางครั้ง การควบคุมจุดตัดศูนย์ก็ถูกเรียกว่า "soft switching"

คำที่อาจนำมาใช้เป็นป้ายกำกับมาตรฐานได้คือ "scrambled PWM" หรือ "carrier scrambling" เนื่องจากคำว่า "scramble" ในความหมายนี้ไม่ได้จำเพาะเจาะจงกับวิธีการ RPWM ที่ใช้ แต่แจ้งให้ผู้ใช้ทราบว่ามีกระบวนการพิเศษเกิดขึ้นซึ่งส่งผลต่อรูปร่างและคุณสมบัติของรูปคลื่นเอาต์พุต นอกจากนี้ คำนี้ยังมีความเกี่ยวข้องใน ด้าน โทรคมนาคมโดยที่scramblerคืออุปกรณ์ใดๆ (โดยทั่วไปเป็นแบบอนาล็อก) ที่ใช้ในการเข้ารหัสสัญญาณเพื่อให้สัญญาณนั้นไม่สามารถเข้าใจได้หากถูกดักฟังก่อนที่จะถึงผู้รับปลายทางโดยไม่มี de-scrambler ที่ปรับแต่งอย่างเหมาะสม กล่าวคือ "scramble" จะไม่ดูแปลกหากนำมาใช้เป็นป้ายกำกับ RPWM ในความหมายทั่วไป

ไม่ว่าจะระบุไว้อย่างไร เมื่อพิจารณาจากคู่มือการใช้งานของ VFD ขนาดสำหรับผู้บริโภคทั่วไปที่มีคู่มือมาให้ พบว่าจุดเน้นของคำอธิบายพารามิเตอร์ดูเหมือนจะอยู่ที่การลดเสียงรบกวนมากกว่าการลด EMI และการดูแลรักษามอเตอร์

ในตัวแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับระบบขับเคลื่อนรถไฟสมัยใหม่ วิธีนี้ทำให้เสียงที่มอเตอร์ปล่อยออกมาเปลี่ยนไป เมื่อถูกขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์ที่ใช้เทคนิคนี้ ต่างจากเสียงหึ่งๆ ที่คงที่และมีจังหวะของตัวแปลง SPWM แบบคลาสสิก เสียงที่ได้จะเป็นเสียงฟู่ๆ คล้ายกับเสียงรบกวนสีขาวเนื่องจากตัวแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับระบบขับเคลื่อนรถไฟทำงานที่ระดับกำลังสูงมาก จึงทำให้เกิด EMI ได้ง่ายกว่าในระบบดังกล่าว ในการใช้งานเหล่านี้ RPWM จึงมีประโยชน์อย่างมากต่อสุขภาพของมอเตอร์และระดับ EMI ที่ปล่อยออกมา

เทคนิค RPWM มีประสิทธิภาพมากในการลด EMI ของตัวแปลงพลังงานอย่างไรก็ตาม เมื่อตัวแปลงพลังงาน ที่มี การมอดูเลชั่นแบบพิเศษนี้ทำงานร่วมกับระบบสื่อสารอาจเกิด ความขัดแย้ง ของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างรุนแรง ระหว่างระบบไฟฟ้าและระบบสื่อสารผลกระทบที่เป็นอันตรายนี้สามารถสังเกตได้ใน ระบบ สื่อสารผ่านสายไฟ (PLC) ซึ่งทั้งตัวแปลงพลังงานและระบบสื่อสารทำงานร่วมกัน อันที่จริง การศึกษาล่าสุดได้ยืนยันแล้วว่า RPWM ที่ใช้กับตัวแปลงพลังงานเพื่อลดการปล่อยคลื่นรบกวนอาจรบกวนระบบ PLC ในทางที่เสียหายได้^{[ 6 ] [ 7 ]}

การรบกวนอาจรุนแรงขึ้นเมื่อความถี่ในการสวิตช์และแบนด์วิดท์ของระบบ PLC ทับซ้อนกับความถี่ในการสวิตช์และแบนด์วิดท์ของระบบกำลังไฟฟ้าตัวแปลงพลังงาน ส่วนใหญ่ ใช้ความถี่ในการสวิตช์ที่ต่ำกว่า 150 kHz ซึ่งอยู่ใน ช่วง ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำสิ่งนี้อาจทำให้เกิดปัญหาการทำงานร่วมกันโดยเฉพาะใน ระบบ PLC แบบแถบความถี่แคบ (โปรโตคอล PLC เฉพาะที่ใช้สำหรับ การใช้งาน สมาร์ทกริดเช่นPrime PLCและ G3-PLC ในความถี่ต่ำกว่า 150 kHz) ใน PWM แบบดั้งเดิม สัญญาณรบกวนจากตัวแปลงพลังงาน จะทับซ้อนกับแถบ ความถี่ของ PLC ที่ความถี่ใน การสวิตช์แบบแยกส่วนเท่านั้น ซึ่งส่งผลให้มีการรบกวนระบบ PLC น้อยลง อย่างไรก็ตาม ใน RPWM สัญญาณรบกวนจะกระจายอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น และทั้ง PLC และสัญญาณรบกวนจากตัวแปลงพลังงานจะใช้แบนด์วิดท์ ที่กว้างขึ้น ซึ่งทำให้เกิดการรบกวนระบบ PLC มากขึ้น ดังนั้น จึงควรสังเกตคุณสมบัติของระบบที่ทำงานร่วมกันอย่างระมัดระวัง เพื่อเลือก ความถี่ในการสวิตช์สำหรับตัวแปลงพลังงาน แบบมอดูเลตแบบสุ่ม ที่ไม่ทับซ้อนกับความถี่ของระบบ PLC ที่ทำงานร่วมกัน^{[ 6 ]}

• การปล่อยมลพิษแบบนำไฟฟ้า
• ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า
• การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
• การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า
• สเปกตรัมแบบกระจาย

• https://www.analog.com/en/technical-articles/spread-spectrum-frequency-modulation-reduces-emi.html
• https://www.analog.com/en/technical-articles/easy-to-use-spread-spectrum-clock-generator-reduces-emi-and-more.html