Apa itu PWM: modulasi lebar pulsa

Inverter, Konverter, sirkuit SMPS dan Pengontrol kecepatan…. Satu hal yang umum di semua sirkuit ini adalah terdiri dari banyak sakelar elektronik di dalamnya. Sakelar ini tidak lain adalah perangkat elektronik Daya seperti MOSFET, IGBT, TRIAC, dll. Untuk mengontrol sakelar elektronik daya seperti itu, kami biasanya menggunakan sesuatu yang disebut sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Selain itu, sinyal PWM juga digunakan untuk menggerakkan motor Servo dan juga untuk tugas sederhana lainnya seperti mengontrol kecerahan LED.

Pada artikel sebelumnya kita telah mempelajari tentang ADC, sedangkan ADC digunakan untuk membaca sinyal Analog oleh perangkat digital seperti mikrokontroler. PWM dapat dianggap sebagai kebalikan dari itu, PWM digunakan untuk menghasilkan sinyal analog dari perangkat digital seperti mikrokontroler. Pada artikel ini kita akan belajar tentang apa itu PWM, sinyal PWM dan beberapa parameter yang terkait dengannya, sehingga kami akan percaya diri dalam menggunakannya dalam desain kami.

Apa itu PWM (Pulse Width Modulation)?

PWM adalah singkatan dari Pulse Width Modulation; kita akan membahas alasan untuk nama seperti itu nanti. Namun untuk saat ini pahami PWM sebagai jenis sinyal yang dapat dihasilkan dari IC digital seperti mikrokontroler atau timer 555. Sinyal yang dihasilkan akan memiliki rangkaian pulsa dan pulsa ini akan berbentuk gelombang persegi. Artinya, pada waktu tertentu gelombang akan tinggi atau rendah. Untuk memudahkan pemahaman, mari kita pertimbangkan sinyal PWM 5V, dalam hal ini sinyal PWM akan menjadi 5V (tinggi) atau pada permukaan tanah 0V (rendah). Durasi di mana sinyal tetap tinggi disebut " waktu tepat " dan durasi di mana sinyal tetap rendah disebut sebagai " waktu mati ".

Untuk sinyal PWM kita perlu melihat dua parameter penting yang terkait dengannya, satu adalah siklus kerja PWM dan yang lainnya adalah frekuensi PWM.

Siklus kerja PWM

Seperti yang diceritakan sebelumnya, sinyal PWM tetap menyala untuk waktu tertentu dan kemudian mati selama sisa periode tersebut. Apa yang membuat sinyal PWM ini istimewa dan lebih berguna adalah kita dapat mengatur berapa lama sinyal harus tetap menyala dengan mengontrol siklus kerja sinyal PWM.

Persentase waktu di mana sinyal PWM tetap TINGGI (tepat waktu) disebut siklus kerja. Jika sinyal selalu ON maka dalam siklus kerja 100% dan jika selalu mati itu adalah siklus kerja 0%. Rumus untuk menghitung duty cycle ditunjukkan di bawah ini.

Duty Cycle = Turn ON time / (Turn ON time + Turn OFF time)

Gambar berikut merepresentasikan sinyal PWM dengan duty cycle 50%. Seperti yang Anda lihat, dengan mempertimbangkan seluruh periode waktu (waktu on time + off), sinyal PWM tetap menyala hanya selama 50% dari periode waktu tersebut.

Frekuensi = 1 / Periode Waktu Periode Waktu = Waktu Aktif + Waktu Istirahat

Biasanya sinyal PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler sekitar 500 Hz, frekuensi tinggi tersebut akan digunakan pada perangkat switching kecepatan tinggi seperti inverter atau konverter. Namun tidak semua aplikasi membutuhkan frekuensi tinggi. Misalnya untuk mengontrol motor servo kita perlu menghasilkan sinyal PWM dengan frekuensi 50Hz, sehingga frekuensi sinyal PWM juga dapat dikontrol oleh program untuk semua mikrokontroler.

Beberapa pertanyaan yang sering muncul tentang PWM

Apa perbedaan antara Siklus Kerja dan Frekuensi sinyal PWM?

Siklus kerja dan frekuensi sinyal PWM sering kali membingungkan. Seperti kita ketahui sinyal PWM adalah gelombang persegi dengan waktu on dan off tertentu. Jumlah waktu on dan off ini disebut sebagai satu periode waktu. Kebalikan dari satu periode waktu disebut frekuensi. Sedangkan jumlah waktu sinyal PWM harus tetap menyala dalam satu periode waktu ditentukan oleh Siklus kerja PWM.

Sederhananya, seberapa cepat sinyal PWM harus dihidupkan dan dimatikan ditentukan oleh frekuensi sinyal PWM dan dalam kecepatan itu berapa lama sinyal PWM harus tetap menyala ditentukan oleh siklus tugas sinyal PWM.

Bagaimana mengubah sinyal PWM menjadi Tegangan Analog?

Untuk aplikasi sederhana seperti mengontrol kecepatan motor DC atau mengatur kecerahan LED, kita perlu mengubah sinyal PWM menjadi tegangan analog. Ini dapat dengan mudah dilakukan dengan menggunakan filter RC dan biasanya digunakan di mana fitur DAC diperlukan. Sirkuit yang sama ditunjukkan di bawah ini

Pada grafik di atas, warna kuning adalah sinyal PWM dan warna biru adalah tegangan analog keluaran. Nilai resistor R1 dan kapasitor C1 dapat dihitung berdasarkan frekuensi sinyal PWM tetapi biasanya resistor 5.7K atau 10K dan Kapasitor 0.1u atau 1u digunakan.

Bagaimana cara menghitung tegangan keluaran sinyal PWM?

Tegangan output sinyal PWM setelah mengubahnya menjadi analog akan menjadi persentase siklus kerja. Misalnya jika tegangan operasi 5V maka sinyal PWM juga akan memiliki 5V saat tinggi. Dalam kasus seperti itu untuk siklus kerja 100%, tegangan output akan menjadi 5V untuk siklus kerja 50% itu akan menjadi 2.5V.

Tegangan Output = Siklus kerja (%) * 5

Contoh:

Kami sebelumnya telah menggunakan PWM dengan berbagai mikrokontroler di banyak proyek kami:

• Modulasi lebar pulsa dengan ATmega32
• PWM dengan Arduino Uno
• Pembangkit PWM menggunakan Mikrokontroler PIC
• Tutorial PWM Raspberry Pi
• Kontrol Motor Servo dengan Raspberry Pi
• Modulasi Lebar Pulsa (PWM) menggunakan MSP430G2
• Modulasi Lebar Pulsa (PWM) di STM32F103C8
• Kontrol Motor Servo dengan Raspberry Pi
• Kontrol Motor DC dengan Raspberry Pi
• Peredup LED 1 watt
• Dimmer LED Berbasis Arduino menggunakan PWM

Periksa lebih lanjut semua proyek terkait PWM di sini.