Pengertian PWM (Pulse Width Modulation): Fungsi & Cara Kerjanya

Bengkeltv.id – Pengertian PWM (Pulse Width Modulation): Fungsi & Cara Kerjanya. Robotika merupakan salah satu bidang teknologi yang mengalami perkembangan pesat, terutama seiring dengan kemajuan teknologi informasi dan komunikasi (TIK). Hal ini memungkinkan pengendalian robot tanpa batasan ruang dan waktu, sehingga robot dapat dioperasikan kapan saja dan di mana saja, asalkan terdapat media komunikasi yang memadai antara pengguna akhir (end user) dan robot. Salah satu contohnya adalah perkembangan Internet of Things (IoT).

Saat ini, banyak perusahaan menawarkan sistem kendali berbasis komputasi awan (cloud computing), yang merupakan gabungan antara komputasi dan jaringan internet. Hal ini telah membantu dalam pengembangan konsep-konsep seperti kota cerdas (smart city), perjalanan cerdas (smart travel), kesehatan cerdas (smart health), energi cerdas (smart energy), pertanian cerdas (smart agriculture), dan banyak lainnya.

Sistem kendali merupakan suatu kebutuhan penting dalam era teknologi saat ini. Oleh karena itu, kemampuan untuk membangun sistem kendali yang efisien sangatlah penting. Terlepas dari seberapa canggihnya teknologi yang digunakan, jika sistem kendali dasarnya tidak optimal, hal ini dapat mempengaruhi kinerja keseluruhan sistem.

Hal yang sama berlaku dalam dunia robotika. Meskipun teknologi yang digunakan untuk mengendalikan robot mungkin sangat canggih, tetapi jika sistem kendali dasarnya tidak baik, robot tidak akan dapat bergerak dengan lancar dan tidak akan dapat menjalankan tugasnya dengan efisien.

Salah satu aspek penting dalam mengatur pergerakan robot, baik yang bergerak dengan kaki maupun roda, adalah sistem kendali motor. Strategi yang digunakan untuk mengatur kecepatan motor dapat melibatkan penggunaan mikrokontroler. Mikrokontroler adalah salah satu perangkat kendali berbasis sistem terbenam (embedded system) yang digunakan untuk mengatur dan mengendalikan perangkat tertentu, terutama yang berhubungan dengan keluaran analog. Salah satu bentuk keluaran analog yang umum digunakan pada mikrokontroler adalah modulasi lebar pulsa (pulse width modulation atau PWM).

Pengertian PWM (Pulse Width Modulation)

PWM, singkatan dari Modulasi Lebar Pulsa atau Pulse Width Modulation dalam bahasa Inggris, adalah sebuah teknik modulasi yang mengubah lebar pulsa (pulse width) dengan tetap menjaga nilai frekuensi dan amplitudo.

PWM bisa dianggap sebagai kebalikan dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi sinyal analog menjadi digital. Sebaliknya, PWM atau Pulse Width Modulation digunakan untuk menghasilkan sinyal analog dari perangkat digital, seperti yang sering dilakukan oleh mikrokontroler.

Untuk lebih memahami konsep PWM atau Modulasi Lebar Pulsa ini, kita bisa melihat contohnya pada sinyal yang dihasilkan oleh mikrokontroler atau IC 555. Sinyal ini biasanya berbentuk gelombang segiempat, dengan tingkat tegangan yang dapat menjadi tinggi (misalnya 5V) atau rendah (0V) pada waktu-waktu tertentu.

Durasi di mana sinyal berada pada tingkat tegangan tinggi disebut sebagai “Waktu Aktif” atau “ON Time,” sementara periode di mana sinyal berada pada tingkat tegangan rendah atau 0V disebut sebagai “Waktu Non-Aktif” atau “OFF Time.” Dalam konteks sinyal PWM, terdapat dua parameter penting yang perlu diperhatikan, yaitu Siklus Kerja PWM (PWM Duty Cycle) dan Frekuensi PWM (PWM Frequency).

Apa Fungsi PWM?

Setelah memahami konsep Pulse Width Modulation (PWM), selanjutnya, PWM atau Modulasi Lebar Pulsa adalah teknologi yang digunakan dalam berbagai aplikasi untuk mengendalikan tingkat energi, kecepatan, dan posisi. Berikut beberapa fungsi dan keuntungan dari PWM:

1. Pengaturan Daya

Salah satu peran utama dari PWM adalah untuk mengatur tingkat daya yang disalurkan ke perangkat atau beban tertentu.

Dengan mengubah lebar pulsa, kita dapat mengontrol jumlah energi yang diterima oleh perangkat. Sebagai contoh, pada lampu LED, kita dapat mengatur tingkat kecerahan dengan memodifikasi lebar pulsa dari sinyal PWM.

2. Kendali Kecepatan

PWM juga dapat digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor DC. Dengan mengatur siklus tugas (perbandingan antara durasi pulsa dan periode total), kita dapat mengubah kecepatan rotasi motor.

3. Kendali Posisi

Dalam sistem servo, PWM digunakan untuk mengendalikan posisi output. Servo menerima sinyal PWM dan menyesuaikan posisinya sesuai dengan lebar pulsa yang diterima.

4. Konversi Digital ke Analog

PWM juga dapat digunakan untuk melakukan konversi dari sinyal digital ke analog. Dengan memodifikasi lebar pulsa dalam pola tertentu, kita dapat menciptakan gelombang yang menyerupai sinyal analog.

5. Penghematan Energi

Dalam banyak aplikasi, PWM dapat membantu menghemat energi. Sebagai contoh, pada sistem pencahayaan, alih-alih menjaga lampu selalu menyala dengan intensitas penuh, kita dapat menggunakan PWM untuk mengurangi kecerahan lampu saat tidak diperlukan, sehingga menghemat energi.

Secara keseluruhan, fungsi PWM adalah memberikan kontrol yang lebih presisi terhadap berbagai jenis perangkat dan sistem, sambil juga meningkatkan efisiensi penggunaan energi.

Mengenal Cara Kerja PWM

Masih dalam pembahasan tentang Modulasi Lebar Pulsa (PWM), selanjutnya kita akan menjelaskan bagaimana cara PWM bekerja. PWM atau Modulasi Lebar Pulsa adalah teknik yang digunakan untuk menghasilkan sinyal analog menggunakan perangkat digital. Prinsip dasar kerja PWM berfokus pada pengendalian lebar pulsa dari sinyal keluaran untuk menciptakan sinyal analog. Berikut penjelasan tentang cara kerja PWM:

1. Periode dan Duty Cycle

Dalam PWM, terdapat dua komponen kunci yang sangat penting, yaitu periode dan siklus tugas (duty cycle). Periode adalah total waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus penuh PWM, sementara siklus tugas adalah persentase waktu di mana sinyal berada dalam keadaan ON selama satu periode.

Contohnya, jika periode PWM adalah 20 ms dan sinyal berada dalam keadaan ON selama 10 ms, maka siklus tugasnya adalah 50%.

2. Resolusi PWM

Resolusi PWM adalah banyaknya titik perubahan yang dapat terjadi dalam satu periode. Sebagai contoh, jika PWM memiliki resolusi 8 bit, ini berarti terdapat 256 (2 pangkat 8) tingkat siklus tugas yang dapat dimungkinkan, dengan nilai berkisar dari 0 hingga 255.

Artinya, nilai 0 mengindikasikan sinyal yang selalu mati (OFF), nilai 255 mengindikasikan sinyal yang selalu aktif (ON), dan nilai-nilai di antara keduanya mewakili variasi lebar pulsa yang dapat dihasilkan.

3. Pembangkitan Sinyal Analog

Dengan menggunakan teknik PWM, kita dapat mengubah lebar pulsa sinyal dengan pola tertentu untuk menciptakan bentuk gelombang yang menyerupai sinyal analog.

Ini memiliki manfaat besar dalam berbagai aplikasi, seperti mengontrol kecepatan motor, mengatur tingkat kecerahan lampu LED, dan mengendalikan posisi servo.

4. Penggunaan dalam Sistem Digital dan Analog

Dalam sistem digital, biasanya sinyal PWM dihasilkan oleh timer atau modul khusus yang terdapat di dalam mikrokontroler.

Timer ini dapat diatur untuk menghasilkan sinyal PWM dengan periode dan siklus tugas tertentu. Di sisi lain, dalam sistem analog, sinyal PWM dapat dihasilkan dengan menggunakan osilator dan komparator.

Osilator menciptakan gelombang segitiga sebagai sinyal referensi, sementara komparator membandingkan sinyal referensi ini dengan sinyal masukan untuk menghasilkan sinyal PWM.

Secara keseluruhan, prinsip kerja PWM melibatkan pengaturan lebar pulsa untuk mengendalikan tingkat energi, kecepatan, atau posisi sistem atau perangkat yang bersangkutan.

Siklus Kerja PWM (PWM Duty Cycle)

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, sinyal PWM akan tetap dalam keadaan ON selama durasi tertentu dan kemudian beralih menjadi OFF selama sisa periode. Keunggulan utama dari PWM adalah kemampuan kita untuk mengontrol berapa lama periode ON harus berlangsung dengan mengatur siklus tugas atau Duty Cycle PWM.

Persentase waktu di mana sinyal PWM berada dalam keadaan TINGGI (ON Time) disebut sebagai “siklus tugas” atau “Duty Cycle.” Jika sinyal selalu berada dalam keadaan ON, maka memiliki Duty Cycle 100%, sementara jika sinyal selalu berada dalam keadaan OFF, maka memiliki Duty Cycle 0%.

Rumus untuk menghitung siklus kerja atau duty cycle dapat dirumuskan sebagai berikut:

Duty Cycle = tON / (tON + tOFF)

Atau

Duty Cycle = tON / ttotal

Di mana:

tON = Waktu ON, yaitu waktu di mana tegangan keluaran berada dalam keadaan tinggi (high atau 1).
tOFF = Waktu OFF, yaitu waktu di mana tegangan keluaran berada dalam keadaan rendah (low atau 0).
ttotal = Waktu satu siklus atau hasil penjumlahan antara tON dan tOFF, yang juga dikenal sebagai “periode satu gelombang.”
Siklus Kerja = Waktu ON / (Waktu ON + Waktu OFF)

Ilustrasi di bawah ini memperlihatkan sinyal PWM dengan siklus kerja sebesar 60%. Terlihat bahwa dalam satu periode waktu (ON time + OFF time), sinyal PWM hanya berada dalam keadaan ON selama 60% dari total durasi periode tersebut.

Frekuensi PWM (PWM Frequency)

Frekuensi sinyal PWM menentukan seberapa cepat PWM menyelesaikan satu periode. Satu periode adalah jumlah keseluruhan waktu yang mencakup ON dan OFF pada sinyal PWM, seperti yang diperlihatkan pada ilustrasi sebelumnya.

Berikut rumus untuk menghitung frekuensi:

Frekuensi = 1 / Periode Waktu

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

Secara umum, sinyal PWM yang dibuat oleh mikrokontroler memiliki frekuensi sekitar 500 Hz. Frekuensi yang tinggi ini biasanya digunakan pada perangkat switching yang memerlukan respon cepat, seperti inverter atau konverter. Akan tetapi, tidak semua aplikasi memerlukan frekuensi yang tinggi.

Sebagai contoh, saat mengendalikan motor servo, kita hanya perlu menghasilkan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz. Frekuensi sinyal PWM ini juga dapat diatur melalui program pada berbagai jenis mikrokontroler.

Baca Juga :

Penutup

Dalam merangkum, pengertian PWM (Pulse Width Modulation) adalah teknik modulasi yang memungkinkan kontrol atas lebar pulsa yang dihasilkan oleh suatu sistem dan dengan demikian mengatur daya yang diterima oleh beban.
Teknologi ini telah memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi, mulai dari kontrol kecepatan motor hingga penyesuaian tingkat kecerahan pada layar LED.

Dengan memahami pengertian PWM dan cara kerjanya, pengembang dan insinyur dapat merancang sistem yang lebih efisien dan responsif.

Meski sederhana, PWM adalah alat yang sangat berharga dan fleksibel, memungkinkan inovasi dan optimasi dalam berbagai bidang teknologi.

Demikianlah artikel bengkeltv.id yang membahas tentang Pengertian PWM (Pulse Width Modulation): Fungsi & Cara Kerjanya. Semoga artikel kami dapat bermanfaat dan terimakasih telah membaca artikel kami.