.png)
Rangkaian-rangkaian yang memiliki banyak sakelar elektronik di dalamnya seperti inverter, konverter, switch mode power supply (SMPS) dan pengontrol kecepatan (speed controller). Pada umumnya sakelar-sakelar elektronik yang digunakan pada rangkaian tersebut yaitu komponen elektronik daya seperti MOSFET, IGBT, TRIAC dan lain sebagainya. Untuk mengendalikan sakelar elektronik daya semacam ini, biasanya kita menggunakan sesuatu yang disebut sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Sinyal PWM juga sering digunakan untuk mengendarai motor servo dan digunakan untuk melakukan tugas-tugas sederhana lainnya seperti mengendalikan kecerahan LED.
PWM atau Pulse Width Modulation bisa diterjemahkan menjadi Modulasi Lebar Pulsa. PWM merupakan suatu teknik modulasi yang mengubah lebar pulsa (pulse width) dengan nilai frekuensi dan amplitudo yang tetap. PWM bisa dianggap sebagai kebalikan dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengonversi sinyal analog ke sinyal digital. PWM atau Pulse Width Modulation digunakan untuk menghasilkan sinyal analog dari perangkat digital seperti mikrokontroler.
Sinyal yang dihasilkan oleh mikrokontroler atau IC555 bisa kita gunakan untuk lebih memahami apa yang dimaksud dengan PWM atau Pulse Width Modulation. Sinyal yang dihasilkan oleh mikrokontroler atau IC555 ini yaitu sinyal pulsa yang umumnya berbentuk gelombang segiempat. Pada waktu tertentu, gelombang yang dihasilkan ini akan tinggi atau rendah. Misalkan, gelombang tinggi di 5V dan paling rendah di 0V. Durasi atau lamanya waktu ketika 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 berkaitan yaitu siklus kerja PWM (PWM Duty Cycle) dan Frekuensi PWM (PWM Frequency).
Siklus Kerja PWM (PWM Duty Cycle)
Berdasarkan penjelasan sebelumnya , sinyal PWM akan tetap ON pada waktu tertentu dan akan terhenti atau OFF selama sisa periodenya. PWM ini istimewa dan lebih bermanfaat karena kita bisa menetapkan berapa lama kondisi ON harus bertahan dengan cara mengendalikan siklus kerja atau Duty Cycle PWM.
Persentase waktu dimana 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%). Di bawah ini rumus untuk menghitung siklus kerja atau duty cycle :
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 di bawah 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 menentukan seberapa cepat PWM menyelesaikan satu periode. Satu periode yaitu waktu ON dan OFF penuh dari sinyal PWM. Berikut ini adalah rumus untuk menghitung frekuensi :
Frequency = 1 / Time Periode
Keterangan : Time Periode atau Periode Waktu = Waktu ON + Waktu OFF
Biasanya sinyal PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler sekitar 500 Hz. Frekuensi tinggi tersebut akan digunakan dalam perangkat switching berkecepatan tinggi seperti 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. Selain itu, frekuensi sinyal PWM juga bisa dikendalikan oleh program untuk semua mikrokontroler.
Perbedaan antara Siklus Kerja (Duty Cycle) dengan Frekuensi sinyal PWM
Siklus kerja dan frekuensi sinyal PWM sering membingungkan. Sinyal PWM merupakan gelombang persegi dengan waktu ON dan waktu OFF. Jumlah dari waktu ON (ON-Time) dan waktu OFF (OFF-Time) disebut sebagai satu periode waktu. Kebalikan dari satu periode waktu disebut frekuensi. Sedangkan jumlah waktu sinyal PWM harus tetap dalam satu periode waktu ditentukan oleh siklus kerja PWM. Singkatnya, seberapa cepat sinyal PWM harus dihidupkan dan dimatikan ditentukan oleh frekuensi sinyal PWM beserta kecepatan berapa lama sinyal PWM harus tetap 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). Jika tegangan operasi 5V, maka sinyal PWM akan memiliki 5V pada saat tinggi. Jika Duty Cycle atau siklus kerja 100%, maka tegangan output akan menjadi 5V. Sedangkan untuk siklus kerja 50% akan menjadi 2,5V. Demikian juga jika siklus kerja 60%, maka tegangan output analognya akan menjadi 3V. Berikut ini rumus perhitungan tegangan output sinyal PWM :
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 periode 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 di atas bisa digambarkan menjadi seperti grafik di bawah ini :
No comments:
Post a Comment