Empat Pilar – Pengertian PWM (Pulse Width Modulation) : Fungsi dan Cara Kerja. Berkenalan lebih dekat dengan “Pengertian PWM (Pulse Width Modulation): Fungsi dan Cara Kerja” dan temukan betapa penting dan efektifnya teknologi ini dalam dunia elektronik dan kontrol digital.
Bertanya-tanya apa itu PWM dan bagaimana cara kerjanya? Berada di tempat yang tepat! Artikel ini akan mengajak Kalian menjelajahi Pengertian PWM (Pulse Width Modulation): Fungsi dan Cara Kerja secara mendalam, membantu Kalian memahami kecanggihan teknologi ini.
Pertama-tama, kita harus memahami apa itu PWM atau Pulse Width Modulation. PWM adalah teknik kontrol digital yang digunakan untuk memodulasi lebar pulsa, menjadikannya metode yang efektif dan efisien untuk mengendalikan energi listrik.
Ini digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari kontrol kecepatan motor hingga regulasi daya dalam sistem audio.
PWM telah ada sejak awal tahun 1960-an dan telah menjadi batu loncatan dalam kemajuan teknologi kontrol digital.
Tidak hanya itu, PWM juga telah memfasilitasi perkembangan dalam bidang robotika dan otomasi, membuatnya menjadi bagian integral dari kemajuan teknologi.
Pengertian PWM (Pulse Width Modulation)
PWM, singkatan dari Pulse Width Modulation atau Modulasi Lebar Pulsa dalam bahasa Indonesia, merujuk pada teknik modulasi yang mengubah lebar pulsa dengan frekuensi dan amplitudo yang tetap.
Berbeda dengan Analog to Digital Converter (ADC) yang mengonversi sinyal analog menjadi digital, PWM digunakan untuk menghasilkan sinyal analog dari perangkat digital seperti mikrokontroler.
Untuk memahami konsep PWM dengan lebih baik, mari kita lihat contoh sinyal yang dihasilkan oleh mikrokontroler atau IC 555. Sinyal ini berupa gelombang segiempat dengan ketinggian yang bervariasi pada waktu tertentu.
Misalnya, gelombang tinggi berada pada 5V dan gelombang rendah pada 0V. Durasi ketika sinyal berada pada posisi tinggi disebut “Waktu ON” atau “ON Time”, sedangkan saat sinyal berada pada posisi rendah atau 0V disebut “Waktu OFF” atau “OFF Time”.
Dalam sinyal PWM, terdapat dua parameter penting yang terkait, yaitu Siklus Kerja PWM (PWM Duty Cycle) dan Frekuensi PWM (PWM Frequency).
Fungsi PWM (Pulse Width Modulation)
Setelah memahami Pengertian PWM (Pulse Width Modulation), selanjutnya PWM atau Pulse Width Modulation adalah teknologi yang digunakan dalam berbagai aplikasi untuk mengontrol level energi, kecepatan, dan posisi.
Berikut beberapa fungsi dan manfaat dari PWM:
1. Pengendalian Daya
Salah satu fungsi utama dari PWM adalah untuk mengontrol tingkat daya yang disampaikan ke perangkat atau beban.
Dengan menyesuaikan lebar pulsa, kita bisa mengubah seberapa banyak energi yang diterima oleh perangkat. Misalnya, pada lampu LED, kita bisa menyesuaikan tingkat kecerahan dengan mengubah lebar pulsa dari sinyal PWM.
2. Kontrol Kecepatan
PWM juga bisa digunakan untuk mengontrol kecepatan motor DC. Dengan menyesuaikan duty cycle (rasio antara durasi pulsa dan periode total), kita bisa mengubah seberapa cepat motor berputar.
3. Pengendalian Posisi
Dalam sistem servo, PWM digunakan untuk mengontrol posisi output. Servo menerima sinyal PWM dan menyesuaikan posisinya berdasarkan lebar pulsa dari sinyal tersebut.
4. Konversi Digital ke Analog
PWM juga bisa digunakan untuk melakukan konversi dari sinyal digital ke analog. Dengan mengubah lebar pulsa dalam pola tertentu, kita bisa menciptakan bentuk gelombang yang mirip dengan sinyal analog.
5. Penghematan Energi
Dalam banyak aplikasi, PWM dapat membantu menghemat energi. Misalnya, pada sistem penerangan, daripada menjaga lampu menyala penuh terus menerus, kita bisa menggunakan PWM untuk mengurangi tingkat kecerahan lampu saat tidak dibutuhkan, sehingga menghemat energi.
Secara keseluruhan, fungsi PWM adalah untuk memungkinkan kontrol yang lebih baik atas berbagai jenis perangkat dan sistem, sambil memaksimalkan efisiensi energi.
Mengenal Cara Kerja PWM (Pulse Width Modulation)
Masih dalam pembahasan Pengertian PWM (Pulse Width Modulation), selanjutnya kalian juga harus kenali cara kerja PWM. PWM atau Pulse Width Modulation adalah teknik yang digunakan untuk menghasilkan sinyal analog menggunakan perangkat digital. Prinsip kerja PWM berpusat pada pengendalian lebar pulsa dari sinyal output untuk menghasilkan sinyal analog.
Berikut ini penjelasan tentang cara kerja PWM:
1. Periode dan Duty Cycle
Dua komponen penting dalam PWM adalah periode dan duty cycle. Periode adalah waktu total satu siklus PWM, sedangkan duty cycle adalah persentase waktu saat sinyal dalam kondisi ON selama satu periode.
Contohnya, jika periode PWM adalah 20 ms dan sinyal dalam kondisi ON selama 10 ms, maka duty cycle adalah 50%.
2. Resolusi PWM
Resolusi PWM adalah jumlah titik perubahan yang mungkin dalam satu periode. Sebagai contoh, jika PWM memiliki resolusi 8 bit, itu berarti ada 256 (atau 2^8) tingkat duty cycle yang mungkin, berkisar dari 0 hingga 255.
Maka, nilai 0 merepresentasikan sinyal selalu OFF, nilai 255 merepresentasikan sinyal selalu ON, dan nilai di antara itu mewakili variasi lebar pulsa.
3. Pembangkitan Sinyal Analog
Dengan menggunakan metode PWM, kita bisa mengubah lebar pulsa sinyal dalam pola tertentu untuk menciptakan bentuk gelombang yang mirip dengan sinyal analog.
Ini sangat berguna dalam aplikasi seperti pengendalian kecepatan motor, dimming lampu LED, dan pengendalian posisi servo.
4. Penggunaan dalam Sistem Digital dan Analog
Dalam sistem digital, sinyal PWM biasanya dihasilkan oleh timer atau modul khusus di dalam mikrokontroler.
Timer ini dapat diatur untuk menghasilkan sinyal PWM dengan periode dan duty cycle tertentu. Sementara itu, dalam sistem analog, sinyal PWM dapat dihasilkan oleh osilator dan komparator.
Osilator menghasilkan gelombang segitiga sebagai sinyal referensi, dan komparator membandingkan sinyal referensi ini dengan sinyal input untuk menghasilkan sinyal PWM.
Secara keseluruhan, prinsip kerja PWM melibatkan manipulasi lebar pulsa untuk mengendalikan tingkat energi, kecepatan, atau posisi dari sistem atau perangkat yang dikenakan.
Siklus Kerja PWM (PWM Duty Cycle)
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, Sinyal PWM akan tetap dalam keadaan ON selama jangka waktu tertentu dan kemudian berhenti atau OFF untuk sisa periode. Keistimewaan dan manfaat utama dari PWM adalah kita dapat mengatur berapa lama kondisi ON harus berlangsung dengan mengendalikan siklus kerja atau Duty Cycle PWM.
Persentase waktu di mana sinyal PWM tetap dalam keadaan TINGGI (ON Time) disebut sebagai “siklus kerja” atau “Duty Cycle”. Jika sinyal selalu dalam keadaan ON, maka dikatakan memiliki Duty Cycle 100%, sedangkan jika sinyal selalu dalam keadaan OFF, maka dikatakan memiliki Duty Cycle 0%.
Rumus untuk menghitung siklus kerja atau duty cycle dapat dituliskan sebagai berikut:
Duty Cycle = tON / (tON + tOFF)
Atau
Duty Cycle = tON / ttotal
Di mana:
- tON = Waktu ON atau waktu di mana tegangan keluaran berada dalam keadaan tinggi (high atau 1)
- tOFF = Waktu OFF atau waktu di mana tegangan keluaran berada dalam keadaan rendah (low atau 0)
- ttotal = Waktu satu siklus atau hasil penjumlahan antara tON dan tOFF, juga dikenal sebagai “periode satu gelombang”
Siklus Kerja = Waktu ON / (Waktu ON + Waktu OFF)
Gambar berikut ini menggambarkan sinyal PWM dengan siklus kerja 60%. Dapat kita lihat bahwa dalam satu periode waktu (ON time + OFF time), sinyal PWM hanya berada dalam keadaan ON selama 60% dari total periode waktu tersebut.
Frekuensi PWM (PWM Frequency)
Frekuensi sinyal PWM menentukan seberapa cepat PWM menyelesaikan satu periode. Satu periode merupakan total waktu dari ON dan OFF penuh pada sinyal PWM seperti yang ditampilkan pada gambar di atas.
Berikut ini adalah rumus untuk menghitung frekuensi:
Frekuensi = 1 / Periode Waktu
Keterangan: Periode Waktu adalah jumlah dari Waktu ON dan Waktu OFF
Secara umum, sinyal PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler memiliki frekuensi sekitar 500 Hz. Frekuensi tinggi ini umumnya digunakan dalam perangkat-perangkat switching yang membutuhkan kecepatan tinggi, seperti inverter atau konverter. Namun, tidak semua aplikasi membutuhkan frekuensi yang tinggi.
Sebagai contoh, dalam mengendalikan motor servo, kita hanya perlu menghasilkan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz. Frekuensi sinyal PWM ini juga dapat dikendalikan melalui program pada semua jenis mikrokontroler.
Cara Menghitung Tegangan Output Sinyal PWM
Tegangan output dari sinyal PWM yang telah diubah menjadi analog akan menjadi persentase dari siklus kerja (Duty Cycle).
Misalnya, jika tegangan operasinya adalah 5V, maka sinyal PWM akan memiliki tegangan 5V saat berada pada level tinggi. Jika siklus kerja atau Duty Cycle adalah 100%, maka tegangan output akan menjadi 5V.
Namun, jika siklus kerja adalah 50%, tegangan outputnya akan menjadi 2.5V. Begitu pula, jika siklus kerja adalah 60%, tegangan output analognya akan menjadi 3V.
Rumus untuk menghitung tegangan output sinyal PWM ini adalah sebagai berikut:
Vout = Duty Cycle x Vin
1. Contoh Kasus Perhitungan PWM:
Kita ingin mendesain PWM dengan siklus kerja 60% pada frekuensi 50Hz dan Tegangan Input 5V.
Langkah Penyelesaian:
Diketahui:
Siklus kerja (Duty Cycle): 60%
Frekuensi: 50Hz
Vin: 5V
Mencari Periode Waktu (Time Period):
Periode Waktu = 1 / 50Hz
Periode Waktu = 0,02 detik atau 20 milidetik
Mencari Waktu ON (Waktu Aktif) dengan siklus kerja 60% (0,6):
Siklus kerja = 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 (Waktu Non-Aktif):
tOFF = ttotal – tON
tOFF = 20 – 12
tOFF = 8 milidetik
Mencari Tegangan Output:
Vout = Siklus kerja x Vin
Vout = 60% x 5V
Vout = 3V
Hasil perhitungan di atas dapat digambarkan dalam grafik berikut:
Penutup
Secara keseluruhan, Pengertian PWM (Pulse Width Modulation) adalah teknologi yang sangat penting dan berguna dalam berbagai aplikasi, mulai dari pengendalian motor, regulasi cahaya LED, hingga komunikasi data digital.
Dengan memahami pengertian dan fungsi PWM, kita dapat memahami bagaimana berbagai perangkat yang kita gunakan setiap hari bekerja dan beroperasi.
Tidak hanya itu, pemahaman mengenai cara kerja PWM juga membantu kita dalam mengembangkan dan memodifikasi perangkat tersebut sesuai kebutuhan kita.
Meski tampak rumit, PWM sejatinya adalah konsep yang cukup sederhana yang mampu memberikan hasil yang kompleks dan efisien.
Semoga artikel dari empatpilar.com mengenai Pengertian PWM (Pulse Width Modulation) ini, mampu membuka wawasan dan pemahaman kita lebih dalam mengenai PWM, teknologi kunci di balik beragam sistem dan perangkat modern. Kata Pencarian Terpopulerhttps://www empatpilar com/pengertian-pwm-pulse-width-modulation/
