Pulse Width Modulation (PWM)

Pengertian PWM

          Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Bebarapa contoh aplikasi PWM adalah pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. 

           Aplikasi PWM berbasis mikrokontroller biasanya berupa pengendalian kecepatan motor DC, pengendalian motor servo, dan pengaturan nyala terang LED. Oleh karena itu diperlukan pemahaman terhadap konsep PWM itu sendiri.

Konsep Dasar PWM  

          Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitude dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi antara 0% hingga 100%.

            Dari persamaan diatas, diketahui bahwa perubahan duty cycle akan merubah tegangan output atau tegangan rata-rata seperti gambar dibawah ini. 

           PWM merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan sinyal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, secara analog menggunakan IC op-amp atau secara digital.

         Secara analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan secara digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit, berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 256 variasi mulai dari 0 – 225 perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0% – 100% dari keluaran PWM tersebut. 

Metode PWM Driver Motor DC Dengan IC555

Dalam pengaturan kecepatan motor DC salah satunya yang populer adalah dengan teknik PWM. Dengan metode ini motor DC diberikan sumber tegangan yang stabil dengan frekuensi kerja yang sama tetapi ton duty cycle pulsa kontrol kecepatan motor DC yang bervariasi. Konsep PWM pada driver motor DC adalah mengatur lebar sisi positif dan negative pulsa kontrol pada frekuensi kerja yang tetap. Semakin lebar sisi pulsa positif maka semakin tinggi kecepatan putar motor DC dan semakin lebar sisi pulsa negatif maka semakin rendah kecepatan putar motor DC.

Metode PWM pada driver motor DC secara singkat dapat dijelaskan menggunakan rangkaian driver motor DC satu arah dengan kontrol PWM menggunakan IC NE555 seperti pada rangkaian dibawah. 

Rangkaian sederhana diatas dapat memberikan gambaran tentang teknik PWM pada driver motor DC. IC555 diset sebagai astabil multivibrator dengan frekuensi kerja tetap (nilai RC tetap) dengan output diberikan ke rangkaian driver motor DC sederhana dengan mosfet. Konsep dasar kontrol PWM menggunakan rangkaian diatas terletak pada penambahan dua buah diode yang mengendalikan proses charge dan discharge kapasitor 0,1uF. Posisi tuas potensiometer 100K yang terhubung dengan dua buah diode tersebut akan menentukan waktu charge atau discharge kapasitor 0,1uF. Berikut bentuk gelombang charge dan discharge terhadap output astabil multivibrator NE555 sebagai kontrol PWM driver motor DC pada rangkaian diatas.   

Metode PWM Driver Motor DC Dengan LM741

Rangkaian kontrol motor DC ini menggunakan penguat op-amp 741 pengikut tegangan masukan non inverting yang terhubung ke kecepatan dan arah rotasi potensiometer VR1. Ketika VR1 berada pada posisi tengah, output op-amp adalah mendekati nol dan Q1-Q2 adalah off. Ketika VR1 berpaling ke arah sisi posistif, output akan on dan Q1 akan memasok arus ke motor dan Q2 akan off. Ketika VR1 berpaling kearah sisi negatif switch keluaran op-amp dengan tegangan negatif dan akan Q1 off dan Q2 on yang membalikkan arah rotasi motor. 

Metode PWM Motor DC Dengan LM324

        Rangkaian speed controller motor DC ini menggunakan op-amp yang difungsikan sebagai pembangkit PWM. Tenaga kerja rangkaian controller ini dapat disesuaikan dengan kebutuhan tegangan kerja motor DC yang dikendalikan. Frekuensi kerja rangkaian ini adalah 400Hz dengan lebar pulsa high dan low yang dapat dikontrol. Rangkaian ini dapat mengendalikan motor DC 12 Volt hingga 24 Volt. Rangkaian ini juga menggunakan driver mosfet.

Untuk mengendalikan kecepatan motor DC dapat menggunakan potensiometer VR1. Semakin rendah semakin rendah tegangan yang diberikan kepada op-amp, semakin cepat putaran motor DC dan semakin tinggi tegangan yang diberikan kepada op-amp, semakin lambat putaran motor DC. Untuk meningkatkan kemampuan daya rangkaian diatas dapat diganti mosfet yang memiliki kemampuan mengalirkan arus yang lebih besar (IRF521).