Pengertian PWM
(Pulse Width Modulation atau Modulasi Lebar Pulsa)
Pengertian
PWM (Pulse Width Modulation atau Modulasi Lebar Pulsa) –
Rangkaian-rangkaian seperti Inverter, Konverter, Switch mode power supply
(SMPS) dan Pengontrol kecepatan (Speed Controller) adalah rangkaian-rangkaian
memiliki banyak sakelar elektronik di dalamnya. Sakelar-sakelar elektronik yang
digunakan pada rangkaian tersebut umumnya adalah komponen elektronik daya
seperti MOSFET, IGBT, TRIAC dan lain-lainnya. Untuk mengendalikan sakelar
elektronik daya semacam ini, kita biasanya menggunakan sesuatu yang disebut
sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Selain itu, sinyal PWM juga sering
digunakan untuk mengendarai motor Servo dan juga digunakan untuk melakukan tugas-tugas
sederhana lainnya seperti mengendalikan kecerahan LED.
Pengertian PWM (Pulse
Width Modulation)
PWM adalah kepanjangan
dari Pulse Width Modulation atau dalam bahasa
Indonesia dapat diterjemahkan menjadi Modulasi Lebar Pulsa. Jadi pada dasarnya,
PWM adalah suatu teknik modulasi yang mengubah lebar pulsa (pulse width) dengan
nilai frekuensi dan amplitudo yang tetap. PWM dapat dianggap sebagai kebalikan
dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi sinyal Analog ke
Digital, PWM atau Pulse Width Modulation ini digunakan menghasilkan sinyal
analog dari perangkat Digital (contohnya dari Mikrokontroller).
Untuk lebih memahami apa
yang dimaksud dengan PWM atau Pulse Width Modulation ini. Kita coba melihat
contoh dari sinyal yang dihasilkan oleh Mikrokontroler atau IC 555. Sinyal yang
dihasilkan oleh Mikrokontrol atau IC555 ini adalah sinyal pulsa yang umumnya
berbentuk gelombang segiempat. Gelombang yang dihasilkan ini akan tinggi atau
rendah pada waktu tertentu. Misalnya gelombang tinggi di 5V dan paling rendah
di 0V. Durasi atau lamanya waktu dimana sinyal tetap berada di posisi tinggi
disebut dengan “ON Time” atau “Waktu ON” sedangkan sinyal tetap berada di
posisi rendah atau 0V disebut dengan “OFF Time” atau “Waktu OFF”. Untuk sinyal
PWM, kita perlu melihat dua parameter penting yang terkait dengannya yaitu
Siklus Kerja PWM (PWM Duty Cycle) dan Frekuensi PWM (PWM Frequency).
Siklus Kerja PWM (PWM
Duty Cycle)
Seperti yang disebutkan
diatas, Sinyal PWM akan tetap ON untuk waktu tertentu dan kemudian terhenti
atau OFF selama sisa periodenya. Yang membuat PWM ini istimewa dan lebih
bermanfaat adalah kita dapat menetapkan berapa lama kondisi ON harus bertahan
dengan cara mengendalikan siklus kerja atau Duty Cycle PWM.
Persentase waktu di mana
sinyal PWM tetap pada kondisi TINGGI (ON Time) disebut dengan “siklus kerja”
atau “Duty Cycle”. Kondisi yang sinyalnya selalu dalam kondisi ON disebut
sebagai 100% Duty Cycle (Siklus Kerja 100%), sedangkan kondisi yang sinyalnya
selalu dalam kondisi OFF (mati) disebut dengan 0% Duty Cycle (Siklus Kerja 0%).
Rumus untuk menghitung
siklus kerja atau duty cycle dapat ditunjukkan seperti persamaan di bawah ini.
Duty Cycle = tON / (tON + tOFF)
Atau
Duty Cycle = tON / ttotal
Dimana :
- tON = Waktu ON atau Waktu
dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (high atau 1)
- tOFF = Waktu OFF atau Waktu
dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah (low atau 0)
- ttotal = Waktu satu siklus atau
penjumlahan antara tON dengan tOFF atau disebut juga dengan
“periode satu gelombang”
Siklus Kerja = Waktu ON
/ (Waktu ON + Waktu OFF)
Gambar berikut ini
mewakili sinyal PWM dengan siklus kerja 60%. Seperti yang kita lihat, dengan
mempertimbangkan seluruh periode waktu (ON time + OFF time), sinyal PWM hanya
ON untuk 60% dari suatu periode waktu.
Frekuensi PWM (PWM
Frequency)
Frekuensi sinyal PWM
menentukan seberapa cepat PWM menyelesaikan satu periode. Satu Periode adalah
waktu ON dan OFF penuh dari sinyal PWM seperti yang ditunjukkan pada gambar di
atas.
Berikut ini adalah Rumus
untuk menghitung Frekuensi :
Frequency
= 1 / Time Period
Keterangan : Time
Periode atau Periode Waktu = Waktu ON + Waktu OFF
Biasanya sinyal PWM yang
dihasilkan oleh mikrokontroler akan sekitar 500 Hz, frekuensi tinggi tersebut
akan digunakan dalam perangkat switching yang berkecepatan tinggi seperti
inverter atau konverter. Namun tidak semua aplikasi membutuhkan frekuensi
tinggi. Sebagai contoh, untuk mengendalikan motor servo kita hanya perlu
menghasilkan sinyal PWM dengan frekuensi 50Hz, frekuensi sinyal PWM ini juga
dapat dikendalikan oleh program untuk semua mikrokontroler.
Perbedaan antara Siklus
Kerja (Duty Cycle) dengan Frekuensi sinyal PWM
Siklus kerja dan
frekuensi sinyal PWM sering membingungkan. Seperti yang kita ketahui bahwa
sinyal PWM adalah gelombang persegi dengan waktu ON dan waktu OFF. Jumlah dari
Waktu ON (ON-Time) dan Waktu OFF (OFF-Time) ini disebut sebagai satu periode
waktu. Kebalikan dari satu periode waktu disebut frekuensi. Sementara jumlah
waktu sinyal PWM harus tetap dalam satu periode waktu ditentukan oleh siklus
kerjaPWM.
Sederhananya, seberapa
cepat sinyal PWM harus dihidupkan (ON) dan dimatikan (OFF) ditentukan oleh
frekuensi sinyal PWM dan kecepatan berapa lama sinyal PWM harus tetap ON
(hidup) ditentukan oleh siklus kerja sinyal PWM.
Bagaimana cara
menghitung tegangan output sinyal PWM?
Tegangan output sinyal
PWM yang telah diubah menjadi analog akan menjadi persentase dari siklus kerja
(Duty Cycle). Misalnya jika tegangan operasi 5V maka sinyal PWM juga akan
memiliki 5V ketika tinggi. Apabila Duty Cycle atau siklus kerja adalah 100%,
maka tegangan output akan menjadi 5V. Sedangkan untuk siklus kerja 50% akan
menjadi 2.5V. Demikian juga apabila siklus kerja 60% maka Tegangan Output
analognya akan menjadi 3V.
Rumus perhitungan
tegangan output sinyal PWM ini dapat dilihat seperti persamaan dibawah ini :
Vout = Duty Cycle x Vin
Contoh Kasus Perhitungan
PWM :
Desain PWM dengan siklus
kerja 60% dengan frekuensi 50Hz dan Tegangan Input 5V.
Penyelesaiannya :
Diketahui :
Duty Cycle : 60%
Frequency : 50Hz
Vin : 5V
Mencari Time Period atau
Periode Waktu :
Time Period = 1 / 50Hz
Time Period = 0,02 detik atau 20 milidetik
Mencari Waktu ON
(ON-Time) dengan siklus kerja 60% (0,6)
Duty Cycle = tON / (tON + tOFF)
0,6 = tON / (tON + tOFF)
0,6 = tON / 20 milidetik
tON = 0,6 x 20 milidetik
tON = 12 milidetik
Mencari Waktu OFF
(OFF-Time)
tOFF = ttotal – tON
tOFF = 20 – 12
tOFF = 8 milidetik
Mencari Tegangan Output
Vout = Duty Cycle x Vin
Vout = 60% x 5V
Vout = 3V
Hasil dari Perhitungan
diatas dapat digambarkan menjadi seperti grafik dibawah ini :
sumber:
https://teknikelektronika.com/wp-content/uploads/2019/04/Contoh-Kasus-Pulse-Width-Modulation-PWM.png?x26526