Pengertian Dan Fungsi PWM


Fungsi Dan Rangkaian PWM – Berbagai rangkaian seperti inverter, konverter, Switch mode power supply (SMPS) dan pengontrol kecepatan atau speed controller merupakan rangkaian yang didalamnya memiliki cukup banyak sakelar elektronik. Pada umumnya, sakelar-sakelar yang ada pada rangkaian ini merupakan komponen elektronik daya seperti MOSFET, IGBT, TRIAC, dan lain sebagainya.

PWM (Pulse Width Modulation)

Untuk dapat mengendalikan sakelar elektronik daya tersebut maka bisa digunakan sinyal Pulse Width Modulation atau yang biasa disebut dengan PWM. Sinyal PWM ini juga banyak digunakan untuk mengendari motor servo. Bahkan juga bisa digunakan untuk melakukan berbagai tugas sederhana yang lainnya seperti untuk mengendalikan kecerahan LED.

Baca juga: Rangkaian IC 555

Pengertian PWM (Pulse Width Modulation)

Pengertian PWM

PWM merupakan singkatan dari Pulse Width Modulation atau dalam bahasa Indonesia memiliki arti Modulasi Lebar Pulsa. Pada intinya, PWM merupakan sebuah teknik modulasi yang digunakan untuk mengubah lebar pulsa atau pulse width sehingga memiliki nilai frekuensi dan amplitudo tetap.

PWM bisa dikatakan sebagai kebalikan dari ADC atau Analog to Digital Converter yang bisa mengubah sinyal analog menjadi Digital, PWM digunakan untuk menghasilkan sinyal analog yang berasal dari perangkat digital seperti misalnya dari Mikrokontroller.

Untuk memudahkan Anda dalam memahami pengertian PWM (Pulsa Width Modulation) ini maka Anda bisa melihat contoh dari suatu sinyal yang dihasilkan oleh Mikrokontroller (IC 555). Mikrokontroller atau IC555 ini bisa menghasilkan sinyal pulsa yang memiliki bentuk seperti gelombang segiempat..

Gelombang yang dihasilkan tersebut semakin lama bisa semakin tinggi atau rendah pada waktu yang tertentu. Adapun contoh gelombang yang tinggi adalah 5V sedangkan yang paling rendah di 0v. Jangka waktu atau durasi dimana sinyal masih berada pada posisi tinggi biasa disebut sebagai “ON Time” (Waktu ON). Sementara itu, jika sinyal masih tetap berada pada posisi yang paling rendah atau 0V maka disebut sebagai “OFF Time” (Waktu OFF). Pada sinyal PWM ini, penting sekali untuk melihat dua parameter penting yang berhubungan dengannya, yakni siklus kerja PWM (PWM Duty Cycle) dan juga frekuensi PWM (PWM Frequency).

PWM mempunyai 3 mode operasi yang digunakan untuk mengatu kecepatan motor DC, yaitu:

  • Mode Beralih

Pada mode beralih, keluaran nilai beralih mulai dari tinggi (5v) ke nilai yang lebih rendah (0V), yang dimana untuk titik pembanding sudah sesuai dan beralih mulai dari nilai yang tinggi menjadi nilai yang rendah.

  • Inverted Mode

Pada Inverted Mode, output akan di set high (5V) karena mempunyai nilai sinyal yang lebih besar jika dibandingkan dengan titik pembanding. Namun sebaliknya, jika sinyal besar semakin kecil maka output akan di set low (0V).

  • Non Inveted

Mode Non Inverted memiliki ouput dengan nilai lebih besar (5V) saat titik pembanding lebih besar dibandingkan sinyal yang dikeluarkan. Namun sebaliknya, jika low titik pembanding lebih rendah dibandingkan nilai yang dikeluarkan.

Fungsi dan Aplikasi PWM

Fungsi dan Aplikasi PWM

PWM sebagai gelombang pulsa yang bisa dimodulasi mempunyai beberapa fungsi dan pengaplikasian, diantaranya:

  1. Pengatur kecepatan Motor DC & Servo
  2. Pengatur Intensitas lampu DC
  3. Regulator tegangan
  4. Audio Effect
  5. Sistem Pemanas
  6. Hidrolik
  7. Control Valve
  8. Pompa
  9. Telekomunikasi
  10. Aplikasi Komputer
  11. Berbagai aplikasi digital lainnya

Siklus Kerja PWM (PWM Duty Cycle)

Seperti yang sudah kami sebutkan diatas bahwa sinyal PWM akan selalu ON pada waktu tertentu yang kemudian terhenti (OFF) selama sisa periodenya. PWM ini memang sangat istimewa dan bermanfaat karena kita bisa menentukan sendiri berapa lama kondisi ON harus bisa bertahan. Caranya adalah dengan mengendalikan siklus kerja atau Duty Cycle PWM.

Persentase waktu saat sinyal PWM masih dalam kondisi TINGGI atau ON Time biasa disebut sebagai “siklus kerja” atau “Duty Cycle”. Sementara itu, jika sinyalmasih dalam kondisi ON disebut dengan 100% Duty Cycle atau siklus kerja 100%. Namun jika kondisi sinyalnya berada pada kondisi OFF atau mati disebut sebagai 0% Duty Cycle atau siklus kerja 0%.

Siklus Kerja PWM

Adapun rumus yang digunakan untuk menghitung duty cycle (siklus kerja) bisa ditunjukkan seperti persamaan berikut ini:

Duty Cycle = tON / (tON + tOFF)

Atau

Duty Cycle = tON / ttotal

Keterangan:

  • tON adalah waktu ON atau waktu yang dimana tegangan keluaran sedang berada di posisi tinggi (high atau 1)
  • tOFF adalah waktu OFF atau waktu yang dimana tegangan keluaran sedang berada di posisi (low atau 0)
  • tOFF adalah waktu siklus atau penjumlahan antara tON dengan tOFF atau yang biasa disebut sebagai periode satu gelombang.

Siklus kerja = waktu ON / (Waktu ON + Waktu OFF)

Berikut ini kami akan memberikan gambar yang dapat mewakili PWM dengan siklus kerja 60%. Bisa kita lihat, dengan mempertimbangkan semua periode yaitu ON time + OFF time, sinyal PWM hanya akan menjadi ON untuk 60% dari suatu periode waktu.

Siklus Kerja PWM

Baca juga: Pengertian Dan Jenis Jenis Mikrokontroler

Frekuensi PWM (PWM Frequency)

Frekuensi sinyal PWM dapat menentukan kecepatan PWM dalam menyelesaikan sebuah periode. Dalam hal ini, maksud dari satu periode adalah waktu ON dan OFF secara penuh dari sinyal PWM seperti yang telah ditunjukkan pada gambar di atas. Adapun rumus yang digunakan untuk menghitung frekuensi adalah sebagai berikut:

Frequency = 1 / Time Period

Keterangan : Time Periode atau Periode Waktu = Waktu ON + Waktu OFF

Mikrokontroler pada umumnya mampu menghasilkan sinyal PWM sebesar 500 Hz. Frekuensi ini biasa digunakan pada perangkatan switching yang memiliki kecepatan tinggi seperti inverter atau konverter.

Akan tetapi, ada juga aplikasi yang tidak membutuhkan frekuensi tinggi. Seperti misalnya jika ingin mengendalikan motor servo maka kita cukup membutuhkan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz. Frekuensi sinyal PWM tersebut juga bisa dikendalikan oleh progam bagi seluruh mikrokontroler.

Perbedaan Antara Siklus Kerja dengan Frekuensi Sinyal PWM

Duty Cycle atau siklus kerja dan sinyal PWM seringkali membuat bingung. Seperti yang kita ketahui bersama bahwa sinyal PWM merupakan gelombang persegi dengan waktu ON dan waktu OFF. Untuk jumlah yang dimiliki oleh Waktu ON atau ON-Time dan Waktu OFF atau OFF-Time ini disebut dengan satu periode waktu.

Sedangkan kebalikan dari satu periode waktu biasa disebut sebagai frekuensi. Dan untuk jumlah waktu sinyal PWM harus selalu berada pada satu periode waktu yang ditentukan oleh siklus kerja (Duty Cycle) PWM.

Lebih singkatnya, kecepatan sinyal PWM harus dihidupkan (ON) atau dimatikan (OFF) umumnya akan dipengaruhi oleh frkuensi sinyal PWM. Sementara itu, seberapa  lama sinyal PWM harus selalu hidup atau ON dipengaruhi oleh siklus kerja sinyal PWM.

Cara Menghitung Tegangan Output Sinyal PWM

Tegangan output sinyal PWM yang mengalami perubahan menjadi analog akan menjadi persentasie dari Duty Cycle atau siklus kerja. Sebagai contoh, jika tegangan operasi sebesar 5V maka sinyal PWM nantinya juga akan sebesar 5V ketika semakin tinggi.

Namun jika siklus kerjanya adalah 100%, maka berarti untuk tegangan outputnya adalah sebesar 5V. Sementara untuk siklus kerja 50% akan berubah menjadi sebesar 2.5V. Demikian pula jika siklus kerja sebesar 60% maka tegangan output analog akan mengalami perubahan menjadi 3 V.

Adapun rumus yang digunakan untuk menghitung output sinyal PWM ini bisa dilihat seperti pada persamaan berikut ini:

Vout = Duty Cycle x Vin

Contoh Soal Perhitungan PWM (1)

Desain PWM dengan duty cycle 25% dengan frekuensi 50Hz dan tegangan input 5V

Diketaui :

duty cycle = 25%

Frekuensi = 50 Hz

Vin = 5V

Jawab

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 = 0,25 x 20 milidetik
tON = 5 milidetik

Mencari Waktu OFF (OFF-Time)
tOFF = ttotal – tON
tOFF = 20 – 5
tOFF = 15 milidetik

Mencari Tegangan Output

Vout = Duty Cycle x Vin
Vout = 25% x 5V
Vout = 1.25V

Berikut ini adalah sinyal PWM yang dihasilkan :

Contoh Soal Perhitungan PWM (2)

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:

Contoh Kasus Perhitungan PWM

Leave a Comment