Pengertian PWM (Pulse Width Modulation atau Modulasi Lebar Pulsa) – Rangkaian-rangkaian menyerupai Inverter, Konverter, Switch mode power supply (SMPS) dan Pengontrol kecepatan (Speed Controller) yakni rangkaian-rangkaian mempunyai banyak sakelar elektronik di dalamnya. Sakelar-sakelar elektronik yang dipakai pada rangkaian tersebut umumnya yakni komponen elektronik daya menyerupai MOSFET, IGBT, TRIAC dan lain-lainnya. Untuk mengendalikan sakelar elektronik daya semacam ini, kita biasanya memakai sesuatu yang disebut sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Selain itu, sinyal PWM juga sering dipakai untuk mengendarai motor Servo dan juga dipakai untuk melaksanakan tugas-tugas sederhana lainnya menyerupai mengendalikan kecerahan LED.
Pengertian PWM (Pulse Width Modulation)
PWM yakni kepanjangan dari Pulse Width Modulation atau dalam bahasa Indonesia sanggup diterjemahkan menjadi Modulasi Lebar Pulsa. Kaprikornus pada dasarnya, PWM yakni suatu teknik modulasi yang mengubah lebar pulsa (pulse width) dengan nilai frekuensi dan amplitudo yang tetap. PWM sanggup dianggap sebagai kebalikan dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi sinyal Analog ke Digital, PWM atau Pulse Width Modulation ini dipakai 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 pola dari sinyal yang dihasilkan oleh Mikrokontroler atau IC 555. Sinyal yang dihasilkan oleh Mikrokontrol atau IC555 ini yakni 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 menciptakan PWM ini istimewa dan lebih bermanfaat yakni kita sanggup menetapkan berapa usang 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 sanggup ditunjukkan menyerupai 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 memilih seberapa cepat PWM menuntaskan satu periode. Satu Periode yakni waktu ON dan OFF penuh dari sinyal PWM menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di atas.
Berikut ini yakni 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 dipakai dalam perangkat switching yang berkecepatan tinggi menyerupai 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 sanggup dikendalikan oleh aktivitas 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 yakni 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 usang 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 jikalau tegangan operasi 5V maka sinyal PWM juga akan mempunyai 5V dikala tinggi. Apabila Duty Cycle atau siklus kerja yakni 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 sanggup dilihat menyerupai 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 sanggup digambarkan menjadi menyerupai grafik dibawah ini :
Sumber https://teknikelektronika.com/