Mashandi Ama

Pulse Width Modulation (PWM)

Mashandi Ama

Handyama19@gmail.com

JTD1B/15/1941160158

                Sinyal digital memiliki dua posisi: hidup atau mati, ditafsirkan dalam singkatan sebagai 1 atau 0. Sinyal analog, di sisi lain, dapat hidup, mati, setengah jalan, dua pertiga jalan ke on, dan jumlah posisi yang tak terbatas antara 0 dan 1 mendekati 1 atau turun ke nol. Keduanya ditangani dengan sangat berbeda dalam elektronik, tetapi sangat sering harus bekerja bersama (saat itulah kita menyebutnya "mixed signal electronics.") Kadang-kadang kita harus mengambil sinyal input analog (misalnya, suhu) ke dalam mikrokontroler ( yang hanya mengerti digital). Seringkali insinyur akan menerjemahkan input analog ke input digital untuk mikrokontroler (MCU) dengan menggunakan konverter analog-ke-digital.

PWM adalah cara untuk mengontrol perangkat analog dengan output digital. Cara lain untuk mengatakannya adalah Anda dapat mengeluarkan sinyal modulasi dari perangkat digital seperti MCU untuk menggerakkan perangkat analog. Ini adalah salah satu sarana utama yang digunakan MCU untuk menggerakkan perangkat analog seperti motor berkecepatan variabel, lampu yang dapat diredupkan, aktuator, dan speaker. PWM bukanlah output analog yang sebenarnya. PWM “memalsukan” hasil seperti analog dengan menerapkan daya dalam pulsa, atau ledakan singkat (short burst) dari tegangan yang diatur.

Gambar 1: Contoh sinyal PWM yang ditunjukkan pada beberapa siklus kerja dan level tegangan tinggi 5 volt. Garis merah adalah tegangan rata-rata yang dialami perangkat yang digerakkan (mis., Motor). (Sumber: Timothy Hirzel,).

Contohnya adalah untuk menerapkan tegangan penuh ke motor atau lampu untuk sepersekian detik atau pulsa tegangan ke motor pada interval yang membuat motor atau lampu melakukan apa yang Anda inginkan. Pada kenyataannya, tegangan sedang diterapkan dan kemudian dihapus berkali-kali dalam suatu interval, tetapi apa yang Anda alami adalah respons mirip analog. Jika Anda pernah uji coba kipas kotak dengan menerapkan daya sebentar-sebentar (on lalu off), Anda akan mengalami respons PWM. Kipas dan motornya tidak berhenti secara instan karena inersia, dan pada saat Anda menggunakan daya kembali, kipas hanya melambat sedikit. Karena itu, Anda tidak mengalami penghentian daya secara tiba-tiba jika motor digerakkan oleh PWM. Lamanya waktu pulsa dalam keadaan tertentu (tinggi / rendah) adalah 
"lebar" dari gelombang pulsa.

Gambar 2 : Garis biru adalah output PWM dari MCU, dan garis merah adalah tegangan rata-rata. Dalam hal ini, lebar pulsa (dan siklus kerja yang sesuai) berubah sehingga tegangan rata-rata lebih mirip output analog yang tidak dalam kondisi stabil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. (Sumber: Zureks - Pekerjaan sendiri, CC BY- SA 3.0,).

Perangkat yang digerakkan oleh PWM akhirnya berperilaku seperti rata-rata pulsa. Level tegangan rata-rata dapat berupa tegangan tetap atau target bergerak (dinamis / berubah seiring waktu). Untuk menyederhanakan contoh, mari kita asumsikan bahwa kipas yang digerakkan PWM Anda memiliki tegangan level tinggi 24 volt. Jika pulsa didorong tinggi 50% dari waktu, kami menyebutnya siklus tugas 50%. Istilah siklus tugas digunakan di tempat lain dalam elektronik, tetapi dalam setiap kasus siklus tugas adalah perbandingan "on" versus "off."

Kembali ke contoh motor kipas kami, jika kita tahu bahwa tegangan tinggi adalah 24, rendah adalah 0v, dan siklus kerja adalah 50%, maka kita dapat menentukan tegangan rata-rata dengan mengalikan siklus tugas dengan tingkat tinggi pulsa. Jika Anda ingin motor melaju lebih cepat, Anda dapat menggerakkan output PWM ke siklus kerja yang lebih tinggi. Semakin tinggi frekuensi pulsa tinggi, semakin tinggi tegangan rata-rata dan semakin cepat motor kipas berputar. JIKA Anda membuat output PWM Anda sendiri dengan memasukkan kipas ke dalam dan ke luar dari sebuah soket pada interval yang sama 1 detik di dalam soket, 1 detik di luar, maka Anda bertindak seperti keluaran digital yang menggerakkan kipas dengan rata-rata stabil 12V. .

Analogi muncul ketika Anda meningkatkan frekuensi memasukkan dan keluar dari soket sehingga Anda hanya memilikinya di soket ½ detik dan keluar dari soket sama ½ detik. Pada titik ini, siklus tugas Anda masih 50%, tetapi Anda telah meningkatkan jumlah siklus per detik menjadi dua. Dalam elektronik, kami akan mengidentifikasi frekuensi sebagai siklus per detik, atau Hertz (Hz.) Anda telah meningkatkan kecepatan kipas. Itu ½ detik adalah lebar denyut nadi yang Anda hasilkan.

Anda mungkin telah mengumpulkan sekarang bahwa PWM, siklus tugas, dan frekuensi saling terkait. Kami menggunakan siklus dan frekuensi tugas untuk menggambarkan PWM, dan kami sering berbicara tentang frekuensi sehubungan dengan kecepatan. Misalnya, motor penggerak frekuensi variabel menghasilkan respons seperti perangkat analog di dunia nyata. Pulsa terpisah yang didapat motor VFD tidak dapat dilihat oleh kita; sejauh yang bisa kita lihat, pulsa-pulsa itu begitu cepat (biasanya di suatu tempat dalam milidetik) sehingga menurut standar dunia nyata sepertinya motor itu sedang naik.

Jika Anda mengambil siklus kerja dan mengalikannya dengan level tegangan tinggi (yang merupakan kondisi digital "on" atau "1" sejauh menyangkut MCU), Anda akan mendapatkan level tegangan rata-rata yang dilihat oleh motor saat itu.

Duty Cycle x Level Tegangan Tinggi = Tegangan Rata-Rata

Sekarang masukkan kata "sesaat (instantaneous )" di sana dan Anda mendapatkan ide bahwa hal-hal berubah secara dinamis  yang terlihat lebih analog (lihat Gambar 2):

Instantaneous Duty Cycle x Level Tegangan Tinggi = Tegangan Rata-rata Seketika

Siklus tugas dapat berubah untuk mempengaruhi tegangan rata-rata yang dialami motor. Frekuensi siklus dapat meningkat. Denyut nadi bahkan bisa bertambah panjang. Ini semua dapat terjadi bersamaan, tetapi secara umum, lebih mudah untuk dipikirkan sebagai peningkatan siklus tugas atau peningkatan frekuensi untuk meningkatkan kecepatan motor. (Lebar pulsa berhubungan langsung dengan siklus kerja, jadi jika Anda memutuskan untuk menambah lebar pulsa, Anda hanya mengubah siklus tugas.)

Satu-satunya hal yang tidak berubah dalam semua ini adalah level tegangan tinggi, karena "hidup" selalu sama untuk output digital; hanya menjentikkan dan mematikan output pada kecepatan yang berbeda-beda dan untuk waktu yang berbeda adalah bagaimana Anda mendapatkan modulasi lebar pulsa untuk memalsukan output analog. MCU adalah digital. Contoh dari sesuatu yang dapat membuat output analog yang sebenarnya adalah transduser (sesuatu yang secara langsung menerjemahkan fenomena fisik menjadi sinyal analog). Tetapi transduser adalah diskusi analog lainnya.

Sumber artikel https://www.analogictips.com/pulse-width-modulation-pwm/