Pengertian PWM (Pulse Width Modulation) & Penjelasan Lengkapnya

Baca Cepat Buka

Finoo.id – Pengertian PWM (Pulse Width Modulation) & Penjelasan Lengkapnya. PWM sangat ideal untuk mengoperasikan motor yang memiliki beban inersia.

Penerapan PWM umumnya digunakan untuk menggerakkan motor, mengendalikan sudut servo motor, dan mengatur pencahayaan.

Berbagai jenis rangkaian seperti konverter, inverter, SMPS (Switch Mode Power Supply), dan pengontrol kecepatan mengandung sakelar elektronik.

Pada artikel ini, kami akan membahas pengertian PWM, jenis-jenisnya, contoh skema penggunaan, dan cara menghitungnya. Untuk informasi lebih lanjut, silakan baca penjelasannya di bawah ini.

Pengertian PWM

PWM (Modulasi Lebar Pulsa) atau dikenal juga sebagai Pemodulasi Lebar Pulsa adalah teknik modulasi yang mengubah lebar pulsa dengan mempertahankan frekuensi dan amplitudo yang tetap.

PWM dapat dianggap sebagai kebalikan dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi sinyal analog menjadi digital.

Teknik PWM ini digunakan untuk menghasilkan sinyal analog dari perangkat digital, seperti yang sering dilakukan oleh mikrokontroler.

Fungsi PWM

PWM memiliki dua fungsi utama. Pertama, sebagai metode yang sering digunakan untuk mengontrol daya dalam sebuah sistem. Kedua, sebagai pengatur gerakan dalam perangkat elektronik.

Seperti namanya, Pulse Width Modulation (Modulasi Lebar Pulsa), PWM digunakan untuk mengubah lebar pulsa dalam sistemnya. Biasanya, sinyal PWM memiliki frekuensi dasar dan amplitudo yang tetap.

Dalam perhitungannya, lebar pulsa dalam PWM dikaitkan dengan amplitudo. Ini berarti sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang konstan, tetapi dengan nilai tugas (duty cycle) yang bervariasi antara 0 hingga 100%.

Dengan demikian, PWM menjadi metode yang efektif untuk mengatur daya dan gerakan dalam berbagai aplikasi elektronik.

Jenis Jenis PWM

Setelah membahas pengertian PWM sebelumnya, kita akan membahas tentang jenis-jenis PWM.

Terdapat dua jenis tipe PWM yang umum digunakan, yaitu modulasi lebar pulsa digital (digital pulse width modulation) dan modulasi lebar pulsa analog (analog pulse width modulation).

Untuk memahami cara kerja dan konsep dari masing-masing jenis ini, berikut penjelasannya:

1. PWM Digital

PWM digital adalah jenis PWM di mana perubahan nilainya dipengaruhi oleh sinyal PWM itu sendiri. Pada jenis ini, nilai output yang dihasilkan mungkin tidak stabil karena pengukurannya dilakukan secara langsung pada perangkat.

Perbedaan khas antara PWM digital dan analog terletak pada kestabilan hasil pengukuran.

2. PWM Analog

PWM analog adalah jenis PWM yang menggunakan prinsip perbandingan antara gelombang tegangan pembawa (carrier) dengan tegangan referensi menggunakan rangkaian komparator op-amp.

Ketika tegangan referensi lebih besar dari tegangan pembawa, output komparator akan menjadi tinggi (High), sedangkan output komparator lainnya akan menjadi rendah (Low).

Dengan cara kerja komparator tersebut, kita dapat mengubah siklus tugas (duty cycle) dari sinyal output dengan mengubah besarnya tegangan referensi yang digunakan.

Cara Kerja PWM

Metode PWM diciptakan dengan tujuan menghasilkan sinyal analog dari perangkat digital. Terdapat berbagai cara untuk menghasilkan sinyal analog menggunakan PWM, baik dengan menggunakan metode analog maupun digital.

Ketika menggunakan metode analog, perubahan dalam sinyal PWM terjadi secara halus. Namun, jika kalian menggunakan metode digital, perubahan dalam sinyal PWM akan dipengaruhi oleh resolusi perangkat itu sendiri.

Untuk menghitung resolusi PWM, dapat digunakan rumus sederhana. Misalnya, jika sebuah PWM memiliki resolusi 8 bit, maka nilai PWM akan memiliki variasi perubahan dari 0 hingga 225.

Nilai ini mewakili siklus tugas (duty cycle) yang dihasilkan oleh PWM tersebut, dengan rentang nilai antara 0 hingga 100%.

Frekuensi PWM (PWM Frequency)

Frekuensi sinyal PWM menentukan seberapa cepat satu periode PWM diselesaikan. Satu periode adalah total waktu ON dan OFF dari sinyal PWM, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas.

Rumus untuk menghitung frekuensi adalah:

Frekuensi = 1 / Waktu Periode

Keterangan: Waktu Periode adalah total waktu ON dan OFF dari sinyal PWM.

Secara umum, sinyal PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler memiliki frekuensi sekitar 500 Hz. Frekuensi tinggi tersebut cocok digunakan pada perangkat switching yang membutuhkan kecepatan tinggi, seperti inverter atau konverter.

Namun, tidak semua aplikasi membutuhkan frekuensi tinggi. Misalnya, untuk mengendalikan motor servo, kita hanya perlu menghasilkan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz. Frekuensi sinyal PWM juga dapat dikendalikan oleh program pada semua mikrokontroler.

Cara Menghitung Tegangan Sinyal Output PWM

Output tegangan pada sinyal PWM dapat dikonversi menjadi sinyal analog, yang kemudian akan menjadi representasi persentase dari Siklus Kerja atau Duty Cycle.

Rumus yang digunakan untuk menghitung sinyal output PWM adalah:

Vout = Duty Cycle x Vin

Keterangan:

Vout = Tegangan yang akan dihitung
Duty Cycle = Siklus Kerja pada PWM
Vin = Tegangan input yang diketahui

Sebagai contoh, kita akan merancang sebuah sinyal PWM dengan Siklus Kerja 60%, frekuensi 50 Hz, dan tegangan input 5V. Kita perlu mencari sinyal output dari PWM tersebut.

Diketahui:

Vin = 5V
Duty Cycle = 60%
Frekuensi = 50 Hz

Menghitung periode waktu:

T = 1/F
T = 1/50
T = 0,02 detik

Menghitung waktu ON-TIME dengan menggunakan Siklus Kerja 60%:

60% = 0,6
Duty Cycle = tON/(tON + tOFF)
0,6 = tON/(tON + tOFF)
0,6 = tON/0,02 detik
tON = 0,02 detik x 0,6
tON = 0,012 detik

Menghitung waktu OFF-TIME:

tOFF = ttotal – tON
tOFF = 0,02 detik – 0,012 detik
tOFF = 0,008 detik

Menghitung tegangan output:

Vout = Duty Cycle x Vin
Vout = 60% x 5V
Vout = 3V

Jadi, sinyal output yang dihasilkan oleh PWM tersebut adalah 3V, dengan waktu ON-TIME sebesar 0,012 detik dan waktu OFF-TIME sebesar 0,008 detik. Itulah cara menghitung tegangan sinyal output PWM.

Contoh Skema PWM

PWM (Pulse Width Modulator) adalah gelombang pulsa dengan lebar layar yang dapat dimodulasi, dan memiliki peran penting dalam berbagai aplikasi.

Metode ini digunakan secara luas dalam kehidupan sehari-hari untuk memanipulasi sinyal pulsa lebar.

Berikut adalah beberapa contoh skema dan penerapan rangkaian PWM:

Skema PWM untuk Mengatur Kecepatan Motor DC

Pada contoh ini, pengaturan kecepatan motor DC dilakukan dengan mengubah besaran nilai siklus kerja (duty cycle) pada sinyal PWM. Pengaturan ini mempengaruhi kecepatan putaran motor.

Pada gambar rangkaian di atas, IC555 diatur sebagai astabil multivibrator dengan frekuensi kerja yang tetap (nilai RC tetap). Output dari IC555 kemudian dihubungkan ke rangkaian driver motor DC sederhana menggunakan mosfet.

Dengan meningkatnya duty cycle, kecepatan putaran motor DC akan meningkat, dan sebaliknya, jika duty cycle berkurang, kecepatan motor DC akan melambat.

Dengan menggunakan skema ini, kita dapat mengendalikan kecepatan motor DC sesuai dengan nilai duty cycle yang diberikan.

Skema PWM untuk Mengatur Motor Servo

Sebagai contoh, jika pulsa dengan lebar 1,5 milidetik mengatur posisi poros pada 0°. Dengan mengubah lebar pulsa menjadi 1 milidetik, poros akan berputar dari 0° menjadi -90°. Sedangkan jika lebar pulsa diubah menjadi 2 milidetik, poros akan berputar dari 0° menjadi +90°.

Dalam kendali sinyal PWM, motor akan terus berputar dalam kedua arah. Arah dan kecepatan putaran motor dapat bervariasi dengan mengubah lebar pulsa, sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Skema PWM untuk Mengatur Kecerahan Lampu LED

Silakan perhatikan gambar rangkaian di atas. Prinsip rangkaian PWM untuk LED tersebut melibatkan pembentukan pulsa dengan lebar pulsa yang dapat diubah melalui saklar ON/OFF, sehingga arus rata-rata yang mengalir dapat diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikendalikan.

Cara kerjanya hampir mirip dengan pengaturan kecepatan motor DC sebelumnya. Jika siklus kerja semakin besar, maka intensitas cahaya dari lampu LED akan semakin terang. Sebaliknya, jika siklus kerja semakin kecil, intensitas cahaya lampu LED akan semakin redup.

Perbedaan Siklus Kerja (Duty Cycle) dengan Frekuensi Sinyal PWM

Siklus kerja dan frekuensi sinyal PWM seringkali menjadi sumber kebingungan. Sebagai gambaran, sinyal PWM adalah gelombang persegi dengan waktu ON dan waktu OFF.

Jumlah waktu ON (ON-Time) dan waktu OFF (OFF-Time) ini disebut sebagai satu periode. Sebaliknya, kebalikan dari satu periode waktu disebut sebagai frekuensi.

Sementara itu, jumlah waktu yang sinyal PWM habiskan dalam satu periode waktu ditentukan oleh siklus kerja PWM.

Baca Juga :

Penutup

Sebagai penutup, kita telah membahas dan memahami pengertian PWM atau Pulse Width Modulation, sebuah teknik yang digunakan dalam banyak aplikasi elektronik dan digital masa kini.

Teknologi ini telah membawa revolusi dalam dunia elektronika, meningkatkan efisiensi dan mengurangi kerugian daya. PWM telah menjadi tulang punggung berbagai sistem, dari kendaraan listrik hingga sistem kontrol industri dan sistem audio digital.

Memahami bagaimana PWM bekerja bukan hanya penting bagi para ahli dan penggemar teknologi, tetapi juga bagi siapapun yang ingin menghargai kecanggihan dan kemajuan teknologi yang kita nikmati hari ini.

Meski tampak kompleks, namun dengan pengetahuan dan pemahaman yang tepat, teknologi seperti PWM dapat menjadi alat yang sangat bermanfaat dan berpotensi membuka peluang inovasi baru di masa depan.

Demikianlah artikel finoo.id yang membahas tentang Pengertian PWM (Pulse Width Modulation) & Penjelasan Lengkapnya. Semoga artikel kami dapat bermanfaat dan terimakasih telah membaca!