Vol. 12 No. 3, pISSN: 2303-0577 eISSN: 2830-7062              http://dx.doi.org/10.23960/jitet.v12i3.4280

## INVESTIGASI KINERJA FLYBACK KONVERTER DENGAN  MODE  KONDUKSI  KONTINYU  BERBASIS KONTROL PI
Aulia Adela 1 , I Ketut Wiryajati 2 , I Nyoman Wahyu Satiawan 3
1,2,3 Universitas Mataram Jl. Majapahit No. 62, Mataram, Lombok NTB Indonesia
Received: 1 April 2024 Accepted: 31 Juli 2024 Published: 7 Agustus 2024
Keywords: Flyback konverter;
MATLAB;
PID;
Corespondent Email: auliadelllll@gmail.com
Abstrak.  Flyback konverter  adalah  salah  satu  jenis  konverter DC-DC yang umum digunakan dalam aplikasi elektronik. Dalam penelitian ini, dilakukan simulasi flyback konverter. Simulasi dilakukan menggunakan perangkat lunak simulink  MATLAB  untuk  memvalidasi  desain  dan  parameter  yang diinginkan. Pengujian dilakukan dengan memvariasikan nilai duty cycle dari 5%  hingga  99%  dengan  tegangan input tetap  sebesar  48  V  dan  frekuensi operasi sebesar 25 kHz. Pada saat range duty cycle antara 5% - 60%, nilai arus masukan adalah 0,00048 A, dan tegangan output yang dihasilkan berada dalam range 0,1505 V – 1,792 V. Sedangkan pada saat range duty cycle antara 65% -  99%,  nilai  arus  yang  diperoleh  adalah  0,0004801  A,  nilai  tegangan  yang dihasilkan mencapai range 1,939 V – 2,939 V. Dengan demikian, hasil dari pengujian tersebut adalah terdapat hubungan antara duty cycle dan tegangan keluaran  pada flyback konverter.  Dimana  tegangan  keluaran  cenderung meningkat seiring dengan peningkatan duty cycle . Selain itu, arus input yang tinggi  juga  dapat  mempengaruhi  tegangan  keluaran.  Dimana  tegangan keluaran cenderung meningkat seiring dengan peningkatan arus masukan.
Abstract. Flyback  converters  are  one  type  of  DC-DC  converter  commonly used in electronic applications. In this study, a converter flyback simulation was  carried  out.  The  simulation  was  performed  using  MATLAB  simulink software  to  validate  the  design  and  desired  parameters.  The  test  was conducted by varying the duty cycle value from 5% to 99% with a fixed input voltage of 48 V and an operating frequency of 25 kHz. When the range duty cycle is between 5% - 60%, the input current value is 0.00048 A, and the output voltage produced is in the range of 0.1505 V - 1.792 V. While when the range duty cycle is between 65% - 99%, the current value obtained is 0.0004801 A, the resulting voltage value reaches a range of 1.939 V  - 2.939 V. Thus, the result of the test is that there is a relationship between the duty cycle and the output  voltage  on  the  converter  flyback.  Where  the  output  voltage  tends  to increase  along  with  the  increase  in  duty  cycle.  In  addition,  the  high  input current can also affect the output voltage. Where the output voltage tends to increase along with the increase in input current.

## 1. PENDAHULUAN
Kebutuhan  akan  energi  listrik  semakin meningkat  beriringan  dengan  perkembangan
teknologi elektronik yang ada. Oleh karena itu, energi listrik memegang peranan penting dalam perkembangan  teknologi  masa  depan  [1].
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Perkembangan teknologi komponen dan rangkaian  elektronika  khususnya  elektronika daya  telah  mampu  menghasilkan  sistem penyedia  daya  tegangan DC ( Direct  Current ), yang dihasilkan melalui konversi tegangan DC masukan ke bentuk tegangan DC keluaran yang lebih  tinggi  atau  lebih  rendah.  Konversi tegangan DC ini  biasa  disebut  sebagai DC  to DC converter . Pada perkembangannya, penerapan DC  to  DC converter banyak diaplikasikan  pada  sumber  energi  baru  dan terbarukan  ( renewable  energy )  seperti  tenaga surya.  Tegangan DC yang  dihasilkan  dari sumber energi terbarukan ini bersifat fluktuatif (berubah-ubah) [2]. Berbagai konfigurasi DC to DC konverter  telah  banyak  dikembangkan, diantaranya  adalah  jenis DC  to  DC konverter yang memiliki isolasi dielektrik antara tegangan masukan  dan  keluaran,  atau  biasa  disebut sebagai isolated DC to DC konverter.
Konverter  yang  umum  digunakan  adalah konverter non-isoleted karena  jenis  konverter ini paling sederhana mudah diimplementasikan dan  mudah  dapatkan  dipasaran.  Sayangnya, jenis  konverter  ini  memiliki  kekurangan  saat terjadi  gangguan  langsung  pada  beban  yang dapat  berdampak  pada  sumber  daya.  Oleh karena  itu,  dibutuhkan  konverter  terisolasi untuk mengatasi masalah tersebut [3]. Flyback konverter  merupakan  suatu  bentuk  konverter terisolasi  yang  memiliki  kapasitas  daya maksimal  hingga  150  Watt.  Konverter  ini memiliki  kemampuan  untuk  meningkatkan tegangan  keluaran,  yang  dapat  disesuaikan dengan mengatur nilai duty cycle [4].
Catu  daya  yang  beroperasi  dalam  mode pensaklaran memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada  catu  daya  linier.  Karena  alasan  ini, hampir  seluruh  sistem  catu  daya  terkini menggunakan  mode  pensaklaran  atau  dikenal sebagai Switched Mode Power Supply (SMPS). Salah  satu  jenis  konverter  arus  searah  yang umum digunakan adalah flyback konverter yang memastikan  adanya  isolasi  antara input dan output .  Saat  MOSFET  dalam  keadaan  aktif, tegangan  dari  sumber  daya  akan  mengalir melalui  induktansi  magnetik  trafo  ( 𝐿 𝑚 ), menyebabkan  arus  induktansi  magnetik  ( 𝑖 𝐿𝑚 ) naik  secara  linier,  sementara  dioda  di output akan menjadi reverse bias. Pada saat MOSFET tidak  aktif,  energi  yang  tersimpan  dalam induktansi  magnetik  akan  dialirkan  melalui
trafo dan dioda di output yang bersifat forward bias , sehingga arus dapat mengalir ke beban [5]. Dalam  penelitian  ini  dirancang flyback konvereter untuk mendapatkan tegangan output yang  lebih  besar  maupun  lebih  kecil  dari tegangan input .  Tegangan output pada flyback konverter  dikendalikan  dengan  mengatur  nilai duty  cycle dari  PWM.  Konverter flyback juga memiliki  transformator  frekuensi  tinggi  yang berfungsi sebagai induktornya. Mikrokontroler yang digunakan untuk mengendalikan tegangan yaitu  arduino  uno.  Selain  sebagai  pengendali tegangan arduino uno juga dapat mengendalikan  nilai  pada duty  cycle maupun nilai frekuensi.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 DC-DC Flyback Konverter
DC-DC konverter  adalah  perangkat elektronik  daya  yang  mengubah  tegangan DC input menjadi tegangan DC output dengan nilai yang  lebih  tinggi  atau  lebih  rendah.  Ada  dua jenis DC-DC konverter isolasi dan non-isolasi.
Konverter  isolasi  memiliki  delapan  jenis berdasarkan  konfigurasinya.  Penelitian  ini menggunakan flyback konverter,  salah  satu jenis  konverter  isolasi  yang  umum  digunakan untuk Unit  Power  Supply (UPS). Flyback konverter  merupakan  pengembangan  dari konverter buck-boost dan memiliki kemampuan isolasi  antara output dan input karena  adanya transformator.  Ketika  saklar  disambungkan, energi  disimpan  didalam  transformator  dan tegangan yang diinduksi di sekunder membuat dioda  terhubung  secara  terbalik.  Komponen utama  dari flyback konverter  mencakup MOSFET, transformator, dioda, dan kapasitor. Rangkaian flyback konverter ditunjukkan pada gambar 1 [6].
Gambar 1. Dc-dc konverter.
Konverter flyback adalah jenis konverter dc-dc menggunakan  trafo  dengan
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
penguatan tegangan yang lebih tinggi dari pada konverter dasar seperti buck atau boost karena perbandingan  jumlah  lilitan  (N)  di  kedua  sisi transformator.  Konverter flyback beroperasi dalam dua mode yang berbeda [7] :

## a. Continuous Conduction Mode (CCM)
Gambar 2. Bentuk gelombang CCM.
Ketika switch dalam  keadaan on ,  arus  pada induktansi magnetisasi meningkat secara linear dengan  asumsi  tegangan  input  yang  tetap. Penting  untuk  memperhatikan  nilai peak-to- peak dan ripple arus  magnetisasi  untuk mengestimasi  kerugian  pada  transformator. Dalam  mode  CCM,  nilai peak-to-peak arus menjadi  lebih  besar  karena  energi  yang tersimpan pada inti transformator selama siklus aktif. Nilai arus magnetisasi dapat dirumuskan dengan persamaan :
𝐼 𝐿 = 𝑉 𝑖𝑛 𝐿 𝑚 𝑡 𝑜𝑛 + 𝐼 𝐿 (0) … … . … … … … . . … . . … (1)
Dimana:
𝐼 𝐿 (0)  : nilai arus awal pada sisi primer ketika switch dalam keadaan on
𝑉 𝑖𝑛 : nilai tegangan input
𝐿 𝑚 : induktansi magnetisasi b. Discontinuous Conduction Mode (DCM)
Gambar 3. Bentuk gelombang DCM.
Mode operasi ini terjadi ketika energi dari sisi primer  dapat  dialirkan  ke  sisi  sekunder  dalam satu  periode  waktu.  Pada  mode  ini,  arus  pada awalnya  menjadi  nol  karena  semua  energi dalam satu inti transformator telah dipindahkan ke  sisi  sekunder  ketika  sakelar  dimatikan.
Hubungan  antara  tegangan output dan  faktor utama dapat dirumuskan sebagai berikut [8] :
𝑉 𝑜 = 𝑉 𝑖𝑛 × D × √ 𝑅 2 × 𝐿 𝑝 × 𝑓 . … … … … . . … (2)

## 2.2 Matlab
MATLAB adalah singkatan dari MATrix LABoratory, sebuah bahasa pemrograman  yang  dikembangkan  oleh  The Mathwork Inc  dengan fungsi dan karakteristik unik  untuk  komputasi  teknik,  visualisasi, komputisi matematika, analisis data,
pengembangan algoritma, simulasi, dan pemodelan.  MATLAB  menyediakan  ratusan fungsi untuk menyelesaikan berbagai persamaan  dalam  bidang  teknik  dan  ilmu pengetahuan,  dari  yang  sederhana  hingga kompleks  dilingkungan  rekayasa.  Diindustri, MATLAB  sering  digunakan  untuk  penelitian dengan  produktivitas  tinggi,  pengembangan, dan analisis [9].

## 2.3 Sistem Pengendali PI dan PID
Pengendali PID, singkatan dari Proportional  Integral  Derivative merupakan kombinasi  dari  tiga  aksi  kontrol  utama,  yaitu proporsional  (Kp),  integral  (Ki),  dan  turunan tambahan  (Kd).  Penggunaan  pengendali  PID sangat  luas  di  industri,  mencapai  sekitar  90%. Karena bila dikonfigurasi dengan baik, mampu memberikan  kendali  yang  sangat  efektif. Keuntungan utama dari penggunaan PID adalah kemudahannya dalam implementasi dan sifatnya  sederhana.  Dalam  merancang  sistem kendali  PID,  nilai-nilai  parameter  P,  I,  dan  D disesuaikan  untuk  mencapai  respons  keluaran yang  diinginkan.  Setiap  parameter  memiliki peran  dan  fungsi  yang  berbeda  dengan kelebihan  dan  kekurangan  masing-masing. Dalam  prakteknya,  pengendali  PID  dapat bekerja  sendiri  atau  dalam  kombinasi.  Secara umum, pengendalian turunan (derivate ) efektif ketika  digunakan  bersama  dengan  pengendali lainnya,  terutama  dalam  konteks  peralihan periode,  karena  sifat  efektifnya  dalam  lingkup yang terbatas [10].
3. METODE PENELITIAN

## 3.1 Perancangan Flyback Konverter
Penulis  melakukan  simulasi  rangkaian flyback konverter  menggunakan  simulink
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
MATLAB.  Setelah  itu    nilai-nilai  parameter yang diperlukan untuk merancang dan mensimulasikan flyback konverter  ditentukan.
Tujuan  utamanya  adalah  mencapai  daya keluaran sebesar 50 W dengan
mempertahankan tegangan keluaran tetap pada 12 V, yang tidak akan terpengaruh oleh fluktasi tegangan input atau perubahan beban.
Tabel 1. Spesifikasi flyback konverter
Parameter Nilai Tegangan Input 48 V Tegangan Output 12 V Daya 100 W Beban 2.88 Ohm Kapasitor Output 2000 𝜇𝐹 Induktor magnetisasi ( 𝐿 𝑚 ) 110 𝜇𝐻 Frekuensi 25 kHz

## 3.2 Simulasi Flyback Konverter
Flyback konverter  memiliki  tegangan input sebesar 48 V dan tegangan output 12 V. Stabilitas  tegangan output harus  dijaga meskipun terjadi fluktuasi pada tegangan input atau  beban.  Untuk  mencapai  tegangan output yang konsisten, digunakan kontroler PID yang mengatur nilai duty cycle berdasarkan perbedaan  nilai  yang  terdeteksi.  Simulasi dilakukan  dengan  mempergunakan  parameter komponen  yang  telah  ditetapkan  sebelumnya. Simulasi dari rangkaian flyback konverter dapat dilihat pada gambar 4 dan 5.
Gambar 5. Rangkaian flyback konverter open loop
Gambar 6. Rangkaian flyback konverter close loop

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Simulasi Flyback Konverter
Dalam pengujian ini, dilakukan dengan memvariasikan nilai duty cycle untuk mengetahui nilai tegangan keluaran. Range duty cycle dari 5% - 99% dengan tegangan input 48
V  untuk  mendapatkan  hasil  pengukuran tegangan dan arus input maupun output . Tabel 2 Hasil pengujian flyback konverter

## 4.2 Pengaruh Duty Cycle Terhadap Flyback Konverter
Pada  pengujian  ini,  dilakukan  dengan memvariasikan nilai duty cycle . Nilai arus yang dihasilkan adalah 0.00048 A dan 0.0004801 A. Frekuensi yang dipakai adalah 25 kHz.
Gambar 7. Grafik duty cycle terhadap V out
Pada  setiap  nilai duty  cycle yang diberikan,  variasi  tegangan  keluaran  terjadi. Pengaruh duty  cycle terhadap  tegangan keluaran  cenderung  beranding  lurus.  Dimana semakin  besar  nilai duty  cycle yang  diberikan
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
maka  tegangan  keluaran  yang  dihasilkan semakin  besar.  Pengaruh duty  cycle terhadap tegangan  keluaran  juga  terlihat  proporsional arus pengujian .
4.3  Pengaruh  Arus  Terhadap  Flyback Konverter
Dari hasil pengujian dengan memvariasikan nilai duty cycle didapatkan nilai arus masukan 0,00048 A dan 0,0004801 A.
Gambar 8. Grafik V out terhadap arus Pada  dasarnya  arus input yang  tinggi dapat  mempengaruhi  tegangan  keluaran  pada flyback konverter.  Pada  data  hasil  pengujian arus input saat range  duty  cycle 5%  -  60% adalah 0,00048 A. Nilai tegangan output yang dihasilkan mencapai range 0,1505 V – 1,792 V.
Dan pada saat range duty cycle 65% - 99% nilai arus yang diperoleh adalah 0,0004801 A. Nilai tegangan  yang  dihasilkan  mencapai range 1,939 V – 2,939 V.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian flyback konverter dengan  sistem  Simulink  MATLAB,  dapat disimpulkan  bahwa  terdapat  hubungan  antara duty cycle dan tegangan keluaran pada flyback konverter.
Dimana tegangan keluaran
cenderung meningkat seiring dengan peningkatan duty  cycle .  Selain  itu,  arus input yang tinggi juga dapat mempengaruhi tegangan keluaran. Dimana tegangan keluaran cenderung meningkat  seiring  dengan  peningkatan  arus input.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Fakultas  Teknik,  Jurusan  Teknik  Elektro. Dosen  Pembimbing  Akademik  dan  Dosen Pembimbing  Tugas  Akhir,  serta keluarga  saya atas dukungan moral dan motivasi yang selalu diberikan, serta teman-teman sejawat yang telah memberikan diskusi dan masukan yang berarti.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M.  Otong,  R.M.  Bajuri,  Maximum  Power
Point  Tracking  (MPPT)  Pada  Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin Menggunakan Buck-Boost Converter, Setrum    Sist.  Kendali-Tenaga-Elektronika- Telekomunikasi-Komputer  5  (2017)  103. https://doi.org/10.36055/setrum.v5i2.1563.
[2] J. Julianto, A. Rajagukguk, Rancang Bangun
Buck-Boost  Converter  Berbasis  Arduino Pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya 8x10 Wp, J. FTEKNIK 7 (2020) 1–11. [3] K. Volt, W. Untuk, Desain Dan Implementasi  Flyback  Dc-Dc  Auxiliary Kendaraan Listrik, (2018). [4] A.  Mahendra,  Sapril,  M.  Masarrang, Perancangan Flyback Converter Untuk Catu Daya, Ilm. Foristek 9 (2019) 39–46. [5] G.C. Nugroho, T. Andromeda, Y. Christyono,  KONVERTER  TIPE  ZETA, (n.d.).
[6] M.  Yunianto,  Rancang  Bangun  DC-DC Flyback Converter Pada Panel Surya dengan Metode Kontrol, 2018. https://repository.unej.ac.id/handle/123456 789/88654%0Ahttps://repository.unej.ac.id/ xmlui/bitstream/handle/123456789/88654/ Moch. Arif Yunianto - 141910201064.pdf?sequence=1&isAllowed =y. [7] J.N.A.  Prakosa,  M.  Facta,  M.A.  Riyadi,
Perancangan  Pembangkit  Tegangan  Tinggi
Impuls Berbasis Konverter Flyback, Transmisi 17 (2015) 63–69.
[8] S. Rahayu, S. Purwanto, R. Okvasari, Model Simulasi Interleaved DC-DC Flyback Untuk Dual Stage Micro-Inverter, Kilat 11 (2022) 71–77. https://doi.org/10.33322/kilat.v11i1.1483.
[9] I.K.  Wirjayati,  I.N.W.  Satiawan,  I.M.A. Nrartha,  N.M.  Seniari,  Teori  dan  Teknik Penyelesaian  Kasus    Rangkaian  Listrik dengan  MATLAB  dan  SIMULINK  I, (2022).
[10] I.D.K. Yosa, Analisis Perbandingan Kinerja
Sepic Converter Dengan Pengendali Pi Dan Pid,
(2022).
http://digilib.unila.ac.id/65841/%0Ahttp://d igilib.unila.ac.id/65841/3/SKRIPSI TANPA BAB  PEMBAHASAN  -IQBAL  DWI KURNIA YOSA.pdf.
[11] A.A.  Kurniawan,  B.  Fatkhurrozi,  R.A. Wibowo, Desain Flyback Converter Menggunakan  Klem  Aktif  Untuk  Sistem Photovoltaic 500W, Theta Omega J. Electr. Eng. Comput. Inf. Technol. 1 (2020) 51–54.
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
[12] M.Z. EFENDI, D.K. WATI, L.P.S. RAHARJA,  Paralel  Flyback  Converter sebagai PFC pada Lampu LED menggunakan  Fuzzy  Type-2,  ELKOMIKA J. Tek. Energi Elektr. Tek. Telekomun. Tek. Elektron. 9 (2021) 938. https://doi.org/10.26760/elkomika.v9i4.938 [13] G.E.  Ripera,  Implementasi  Algoritma
Convolutional Neural Network Pada
Pengenalan Aksara Sunda Swara Panglayar,
J.  Inform.  Dan  Tek.  Elektro  Terap.  12
(2024). https://doi.org/10.23960/jitet.v12i1.3871.