MAKALAH ANALISIS SISTEM KENDALI INDUSTRI “PULSE WIDTH MODULATION (PWM)”
Oleh :
CHAIRUL NAZALUL ANSHAR
2012 / 1209881
PENDIDIKAN TEKNOLOGI KEJURUAN
PASCA SARJANA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2013
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dengan berkembangnya bidang elektronika yang demikian cepatnya, maka makin berkembang pula aplikasi – aplikasi elektronika yang ada. Peralatan elektronika yang menggunakan banyak transistor pun semakin ditinggalkan. Oleh karena itu pabrik-pabrik semikonduktor mulai berpikir untuk membuat suatu komponen dengan kemasan yang kompak dan kecil disertai dengan fungsi-fungsi tertentu. Kemasan demikian disebut Integrated Circuit (IC).
IC mengkombinasikan tiga komponen elektronik dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir kuarsa. Para ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih banyak komponen-komponen ke dalam suatu chip tunggal yang disebut semikonduktor. Integrated Circuit (IC) merupakan komponen semikonduktor yang di dalamnya dapat memuat puluhan, ratusan atau ribuan atau bahkan lebih komponen dasar elektronik yang terdiri dari sejumlah komponen resistor, transistor, dioda dan komponen semikonduktor yang lain. Komponen-komponen yang ada di dalam IC membentuk suatu subsistem terintegrasi (rangkaian terpadu) yang bekerja untuk suatu keperluan tertentu, namun tidak tertutup kemungkinan dipergunakan untuk tujuan yang lain.
Setiap jenis IC didesain untuk keperluan khusus sehingga setiap IC akan memiliki rangkaian internal yang beragam.
Untuk mempermudah pemakaian IC tersebut maka dibentuklah suatu bentuk yang standard. Salah satu standard IC tersebut adalah DIP (Dua Inline Package), dimana kaki-kaki IC tersebut susunannya terdiri dari dua jalur yang simetris dari 8, 14, 16 kaki dan seterusnya.
Untuk mengetahui urutan kaki-kaki tersebut adalah sebagai berikut : urutan kaki 1 s/d 8 atau s/d 14 atau s/d 16, apabila dilihat dari atas IC tersebut adalah berlawanan dengan arah putaran jam, dimana hitungan tersebut dimulai dari ujung yang ada tanda atau titik.
Pemakaian IC pun tidak luput dari rangkaian sistem digital. Dalam hal ini, perkembangan elektronika sistem digital tersebut khususnya telah banyak diterapkan pada peralatan yang menggunakan rangkaian Pulse Width Modulation (PWM).
Pulse Width Modulation (PWM) adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, yang akan digunakan untuk mentransfer data pada telekomunikasi ataupun mengatur tegangan sumber yang konstan untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Penggunaan PWM sangat banyak, mulai dari pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. PWM saat ini juga telah menjadi dasar dari pembuatan jam digital.
Secara garis besar, PWM merupakan penerapan dari konsep rangkaian sekuensial flip – flop dan timer sebagai clock. Rangkaian flip-flop mempunyai sifat sekuensial karena sistem kerjanya diatur dengan jam atau pulsa, yaitu sistem-sistem tersebut bekerja secara sinkron dengan deretan pulsa berperiode T yang disebut jam sistem (System Clock). Timer yang digunakan dalam rangkaian ini adalah IC timer LM555. Isi utama komponen ini terdiri dari komparator dan flip-flop yang direalisasikan dengan banyak transistor.
Dari latar belakang yang telah dikemukakan diatas, dapat dilihat bahwa peralatan elektronika telah berkembang begitu pesat yakni ditandai dengan diterapkannya teknologi sistem digital pada berbagai rangkaian, diantaranya pada rangkaian Pulse Width Modulation (PWM).
B. Batasan Masalah
Dengan melihat latar belakang permasalahan diatas, maka pokok permasalahan yang ingin diketahui oleh penulis adalah Bagaimana kerja keseluruhan dari rangkaian Pulse Width Modulation (PWM)
C. Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah ini antara lain adalah :
1. Melengkapi pengerjaan tugas dari Mata Kuliah Analisis Sistem Kendali Industri.
2. Untuk menjelaskan prinsip kerja dari rangkaian Pulse Width Modulation (PWM)
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Pengertian PWM (Pulse Width Modulation)
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa 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.
Gambar. Sinyal PWM
Aplikasi PWM berbasis mikrokontroler biasanya berupa, pengendaliankecepatan motor DC, Pengendalian Motor Servo, Pengaturan nyala terang LED.
B. Jenis-jenis PWM
1. Analog
Pembangkitan sinyal PWM yang paling sederhana adalah dengan cara membandingkan sinyal gigi gergaji sebagai tegangan carrier dengan teganganreferensi menggunakan rangkaian op-amp comparator.
Rangkaian PWM analog
Cara kerja dari komparator analog ini adalah membandingkan gelombang tegangan gigi gergaji dengan tegangan referensi seperti yang terlihat pada Gambar dibawah
Pembentukan sinyal PWM
Saat nilai tegangan referensi lebih besar dari tegangan carrier (gigi gergaji) maka output comparator akan bernilai high. Namun saat teganganreferensi bernilai lebih kecil dari tegangan carrier, maka output comparator akan bernilai low. Dengan memanfaatkan prinsip kerja dari komparator inilah, untuk mengubah duty cycle dari sinyal output cukup dengan mengubah-ubah besar tegangan referensi. Besarnya duty-cycle rangkaian PWM ini
2. Digital
Pada metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi olehresolusi dari PWM itu sendiri. Misalkan PWM digital 8 bit berarti PWM tersebut memiliki resolusi 28= 256, maksudnya nilai keluaran PWM ini memiliki 256 variasi, variasinya mulai dari 0 – 255 yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut.
C. Kelebihan PWM
Keuntungan utama dari PWM adalah bahwa daya yang hilang dalam perangkat switching sangat rendah. PWM juga bekerja dengan baik pada kontrol digital. PWM juga telah digunakan dalam beberapa sistem komunikasi dimana siklus tugasnya telah digunakan untuk menyampaikan informasi melalui salurankomunikasi
D. Kekurangan PWM
1. Biaya
2. Kompleksitas Sirkuit
3. Radio Frekuensi Interference
4. Lonjakan Tegangan
5. Kebisingan Elektromagnetik
E. Cara Kerja dan Pengendalian
1. Konsep Dasar PWM
Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar Pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, Sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%)
Gambar. Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM
Dari persamaan diatas diketahui bahwa perubahan duty cycle akan merubah tegangan keluaran atau tegangan rata-rata seperti gambar dibawah ini
Pulse Width Modulation (PWM) merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan signal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya Sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog dengan menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode digital.
Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari 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 28 = 256 variasi mulai dari 0 – 255 perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut
Gambar. Duty Cycle dan Resolusi PWM
2. Perhitungan duty cycle PWM
Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu perioda gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM akan didapat duty cycle yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat dinyatakan sebagai
DutyCycle=ton/(ton+toff)x100%
Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V. pada duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total tegangan yang ada, begitu seterusnya.
Perhitungan Pengontrolan tegangan output motor dengan metode PWM cukup sederhana.
Dengan menghitung duty cycle yang diberikan, akan didapat tegangan output yang dihasilkan. Sesuai dengan rumus yang telah dijelaskan pada gambar.
Average voltage merupakan tegangan output pada motor yang dikontrol oleh sinyal PWM. a adalah nilai duty cycle saat kondisi sinyal “on”. b adalah nilai duty cycle saat kondisi sinyal “off”. V full adalah tegangan maximum pada motor. Dengan menggunakan rumus diatas, maka akan didapatkan teganganoutput sesuai dengan sinyal kontrol PWM yang dibangkitkan.
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Pulse Width Modulation (PWM) memiliki 2 jenis yaitu jenis digital dan analog.
Pulse Width Modulation (PWM) merupakan suatu rangkaian elektronik yang berfungsi mengatur arus listrik yang akan digunakan. Rangkaian PWM disini mempunyai input, pengatur gerak searah jarum jam, pengatur gerak berlawanan arah jarum jam, timer, dan output.
B. Saran
1. Lebih teliti dalam memilih frekuensi untuk sinyal PWM, agar mendapat suatu nilai tegangan keluaran yang presisi.
2. Lebih cermat dalam penentuan tipe data.