## PERANCANGAN FLYBACK CONVERTER UNTUK CATU DAYA
DRIVER MOTOR BLDC ( BRUSHLESS DIRECT CURRENT )
Agus Mahendra 1 , Sapril 2 , Maryantho Masarrang 3
1,2) Mahasiswa, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Tadulako E-mail : hendra.pawisian@gmail.com
3) Dosen, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Tadulako

## Abstract
Flyback Converter is an electronic circuit  that  can  increase  the  output  voltage value,  the  voltage  value  can  be  adjusted  by changing  the  value  of  the  duty  cycle.  This Flyback  Converter  will  be  controlled  by  the Pulse  Width  Modulation  method  as  the output  voltage  setting  and  this  research  is equipped  with  a  feedback  function  as monitoring and control of Input Pulse Width Modulation.
This  designed  flyback  converter aims to provide an isolated power supply as a power  source  for  Brushless  Direct  Current Motor  drivers,  and  this  research  was conducted  to  analyze  how  much  power  the flyback  converter  can  produce  to  be  able  to supply  Brushless  Direct  Current  Motor drivers.
The results of the analysis obtained  in  the  research  Design  of  flyback converter  for  power  supply  of  BLDC (Brushless Direct Current) motor driver that is flyback converter is given an input voltage of  31  VDC  and  output  voltage  of  15  VDC, rheostat  load  with  a  capacity  of  39  Ohm,  a frequency  of  31  KHz  in  the  form  of  a  box wave  duty  cycle  reaches  70%.  Flyback converter  designed  to  produce  maximum power  of  49.6  watts  on  70%  duty  cycle testing.
Keywords:  Pulse  Width  Modulation,  BLDC motor driver , flyback converter , duty cycle

## I .        Pendahuluan
Perkembangan  teknologi  transportasi di  indonesia  mengalami  kemajuan  yang sangat pesat. Semakin meningkatnya jumlah kendaraan mengakibatkan komsumsi bahan
bakar  minyak  (BBM)  meningkat.  Hal  ini memicu pengembangan penggunaan energi listrik  pada  sistem  transportasi  sebagai pengganti  BBM,  yaitu  dengan  produksi mobil  listrik.  Mobil  listrik  adalah  mobil yang  penggerak  utamanya  berupa  motor listrik  yang  sumbernya  berasal  dari  energi listrik yang tersimpan di dalam baterai. Kebutuhan  energi listrik merupakan  hal yang  sangat  penting  untuk  menunjang teknologi saat ini khususnya perkembangan mobil listrik, masih banyak  masalah dalam mendesain sistem kontrol dari mobil listrik, salah  satunya  pada  catu  daya  DC    untuk driver kontrol, sehingga dibutuhkan rangkaian catu daya yang dapat dikendalikan  oleh  ground  yang  terpisah guna  untuk  menghindari  pengaruh Electro Magnetic  Interference (EMI).  Efek  dari EMI  dapat  menganggu,  menghambat, merusak  atau  membatasi  kinerja  dari perangkat elektronik dan peralatan listrik. Sistem  penyedia  daya  tegangan  searah (DC),  yang  dihasilkan  melalui  konversi tegangan  dc,  masukan  ke  bentuk  tegangan dc dan keluaran yang lebih tinggi atau lebih rendah.  Konversi  tegangan  DC  ini  sering disebut sebagai DC-DC konverter. Tegangan DC dapat dihasilkan oleh baterai yang  akan  menaikkan  tegangan/arus  (DC) menggunakan Flyback  Converter . Flyback Converter adalah suatu rangkaian elektronika  yang  dapat  menaikkan  nilai tegangan  keluaran,  nilai  tegangan  tersebut
dapat  diatur  dengan  mengubah  nilai duty
cycle . [1] Oleh  karna  itu  penulis  mengambil judul penelitian tugas akhir “PERANCANGAN FLYBACK CONVERTER UNTUK  CATU  DAYA DRIVER MOTOR BLDC ( Brushless Direct Current) ”.
1.1. Mikrokontroler Arduino Nano Arduino Nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller keluaran Arduino . Arduino  Nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega 328 untuk Arduino
Nano 3.x  dan  Atmega168  untuk Arduino
Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove ,  tetapi  dengan  ukuran  dan desain  PCB  yang  berbeda. Arduino  Nano tidak  dilengkapi  dengan  soket  catu  daya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat  menggunakan  catu  daya  dari  mini USB port . Arduino  Nano didesain  dan diproduksi  oleh Gravitech .  Arduino  dapat dikoneksikan
dengan komputer menggunakan kabel USB [2].

## Gambar 1 . Board arduino uno
Arduino memiliki kelebihan tersendiri  dibanding board mikrokontroler yang  lain,  selain  bersifat open  source ,
Arduino juga mempunyai bahasa
pemrogramannya  sendiri    yang  berupa bahasa  C.  selain  itu  dalam board Arduino sendiri  sudah  terdapat loader yang  berupa USB  sehingga  memudahkan  pengguna ketika  memprogram  mikrokontroler  di dalam Arduino.
1.2.  Mosfet
Mosfet  ( Metal  oxide FET)  memiliki drain, source dan gate. Namun perbedaannya  gate  terisolasi  oleh  suatu bahan  oksida.  Gate  sendiri  terbuat  dari bahan  metal  seperti  aluminium.  Oleh karena  itulah  transistor  ini  dinamakan metal-oxide.  Karena  gate  yang  terisolasi, sering  jenis  transistor  ini  disebut  juga IGFET yaitu insulated-gate FET. [3].
Gambar 2 . Simbol MOSFET, (a) kanal-n, (b) kanal-p

## 1.3.  Flyback Converter
Flyback  converter adalah converter yang  bekerja  berdasarkan  cara  kerja buck- boostkonverter yang  membedakan  antara keduanya adalah flyback converter memiliki tranformator  frekuensi tinggi yang  berfungsi  sebagai  induktor  dan  juga sebagai  isolasi magnetis antara  input  dan output. [4].
Gambar 3. Rangkaian Flyback Converter

## 1.4. Motor BLDC
Motor  BLDC  atau  dapat  disebut  juga motor BLAC adalah motor listrik synchronous AC 3 fasa. Perbedaan pemberi nama  ini  terjadi  karena  BLDC  memiliki BEMF  berbentuk trapezoid sedangkan BLAC memiliki BEMF berbentuk sinosuidal. [5].
Gambar 4. Penampangan Motor BLDC
Secara umum motor BLDC terdiri dari dua  bagian,  yakni, roto r,  bagian  yang bergerak  yang  terbuat  dari  permanen magnet  dan stator ,  bagian  yang  tidak bergerak yang terbuat dari kumparan 3 fasa.
Walaupun merupakan motor listrik synchronous AC  3  fasa,  motor  ini  tetap disebut dengan BLDC karena pada implementasinya BLDC menggunakan sumber  DC  sebagai  sumber  energi  utama yang  kemudian  diubah  menjadi  tegangan AC  dengan  menggunakan inverter 3  fasa.
Tujuan dari pemberian  tegangan  AC 3 fasa pada stator BLDC  adalah  menciptakan medan  magnet  putar stator untuk  menarik magnet rotor .
1.5. PWM ( Pulse Width Modulation ) PWM  merupakan  sebuah  mekanisme untuk membangkitkan sinyal keluaran yang periodenya  berulang  antara high dan low dimana  kita dapat mengontrol durasi sinyal high dan low sesuai  dengan  yang  kita inginkan. Duty cycle merupakan  presentase periode  sinyal high dan  periode  sinyal low ,
presentase duty  cycle akan  bebanding  lurus dengan  tegangan  rata-rata  yang  dihasilkan. Modulasi lebar pulsa Pulse Width Modulation yang  terlihat  pada  gambar  2. dicapai  /  diperoleh  dengan  bantuan  sebuah gelombang  kotak,dimana  siklus  kerja  ( duty cycle )  gelombang  dapat  diubah-ubah  untuk mendapatkan  sebuah  tegangan  keluaran yang  bervariasi  yang  merupakan  nilai ratarata dari gelombang tersebut. [5].
Gambar 5. Bentuk gelombang kotak (pulsa) dengan kondisi high 5 Volt dan low
0 Volt

## II.  Metode Penelitian

## 2.1 Bahan dan Alat Penelitian
Adapun bahan dan alat dan digunakan dalam  penelitian  mengenai  alat monitoring suhu, kelembaban dan level air pada rumah walet  berbasis  arduino  uno  ini  antara  lain sebagai berikut :

## 2.1.1 Bahan Penelitian
Berikut  adalah  bahan-bahan  yang digunakan  dalam  penelitian  ini    Perangkat keras  ( Hardware )  Pertama  Komponen elektronika  antara  lain  :  Mikrokontroler Arduino Nano, Rangkaian Flyback Converter, Rangkaian  Arduino  Nano,
Power  Supply, IC  7812  dan  IC  7815, Transformator, Kabel.  Kedua  Perngkat lunak  yaitu: Arduino  1.5.8,  Diptrace  2.4, Proteus Professional.v7.0.
2.1.2.  Alat Penelitian
Berikut adalah alat-alat yang digunakan  Dalam  penelitian  ini:  Laptop dengan spesifikasi : Processor Intel Core i5 inside, Memory  8  Giga RAM,  Solder, Multimeter  ,LCR  meter,  Osiloscope, Bor Listrik, Gurinda dan Toolset.

## 2.2  Cara Penelitian
Jenis  penelitian  yang  penulis  gunakan dalam  penelitian  ini  adalah  dengan  metode kualitatif  berbasis  eksperimen  dimana penulis  membuat  sebuah  perancangan flyback converter untuk  catu  daya  driver motor BLDC setelah itu penulis melakukan
percobaan, pengujian dan pengambilan data - data yang diperlukan dalam penelitian ini. Adapun cara penelitian ini dapat dijabarkan sebagai berikut :

## 2.2.1. Studi Kepustakaan
Pada tahap studi kepustakaan
merupakan langkah dimana peneliti mencari  permasalahan  yang  didapatkan pada  penelitian  sebelumnya  mengenai perancangan Flyback  Converter dan  pada penelitian ini akan dilakukan pengembangan dari kekurangan yang dihadapi  penelitian-penelitian  sebelumnya. Adapun jurnal-jurnal yang berkaitan dengan  penelitian  ini  akan  dikumpul  lalu dijadikan materi - materi pendukung.

## 2.2.2. Perancangan Alat
2.2.2.1. Blok Diagram perancangan alat Prinsip  kerja  dari  sistem  yang digambarkan  dalam  bentuk  diagram  blok tersebut  dimana  mikrokontroler  mengambil peran  penting  sebagai  pusat  kontrol  sistem ini.  Diawal  memberikan  catu  daya  sebesar 31  V  maka  tegangan output modul  dalam keadaan  0  V,  untuk  mengatur  output  dapat mengatur  nilai duty  Cycle pada output control yang terhubung pada PWM arduino nano. Nilai duty Cycle ini sangat menentukan  output  atau  kondisi  modul flyback, pengaturan duty
Cycle menggunakan pengaturan putar yaitu potensiometer. Pengaturan  menggunakan potensiometer  dapat  menentukan  keluaran 0 – 15 V.
POWER SUPPLY DRIVER MOTOR BLDC MIKROKONTROLER (ARDUINO NANO) FLYBACK CONVERTER
Gambar 6 . diagram blok Perancangn flyback converter
2.2.2.2. Perancangan Perangkat keras
Gambar 7. Rancangan Flyback Converter
Gambar 8 . Rancangan Microkontroller

## 2.2.3. Perancangan Flowchart
Seting koneksi Catu Daya Apakah Sudah terkoneksi dengan baik? Mulai Input Data Mikrokontroller Osiloskop Apakah Data sudah benar? Langkah Langkah Percobaaan Apakah Modul berfungsi dengan baik? Amati data yang ditampilkan Tampilkan Perubahan Data Catat dan Analisis hasil percobaan Apakah Modul Menunjukan perubahan data? Selasai A A Y T Y Y Y T T

## III. Hasil dan Pembahasan
3.1.   Modul Flyback Converter Gambar  10.  merupakan  perangkat
flyback converter yang diperoleh pada hasil penelitian “ Perancangan
Flyback
Converter Untuk  Catu  Daya Driver  Motor BLDC  ( Brushless  Direct  Current )  ”, dengan hasil data pengujian sebagai berikut
: Tegangan Input : 31 V Tegangan Output : 0 - 15 V Frekuensi : 31 KHz Duty cycle : 70 % Trafo : 2 Ampere
Gambar 10 . Modul Flyback Converter
Trafo  yang  digunakan  diambil  dari bekas  tv  24  inchi,  kemudian  dilakukan penggulungan kembali menggunaakan kawat  0,3  mm  dengan  tegangan  yang mampu  disupply  maksimum  31  V.  Untuk daya  yang  disediakan  dapat  diketahui dengan persamaan sebagai berikut :
P = V . I ......................................  (3.1) Dimana : V   =  Tegangan  yang  dihasilkan (Volt)
I = Besar Arus  (Ampere)
P   = Daya (Watt)

## 3.2 . Hasil gelombang output PWM
Sebelum melakukan pengujian terlebih dahulu  mensetting  output  flyback  pada
frekuensi  yang  telah  ditentukan  yaitu
dengan frekuensi 31 Khz.
Gambar 11. Gelombang PWM dengan frekuensi 31 Khz
3.3. Pengujian Flyback Converter
3.3.1. Pengujian flyback  converter dengan tegangan keluaran konstan.
Tabel 1. Hasil  Pengujian  tegangan keluaran konstan flyback
No. Duty Cycle Beb an (Ω) Hasil pengujian Hasil perhitungan Vin (V) Iin (A) Vo (V) Io (A) Pin (Watt) Po (Watt)
1 10 % 7,5 31 0.02 1.1 0.15 0.62 0.16
2 20 % 0.04 2.2 0.28 1.24 0.62
3 30 % 0.07 3.3 0.42 2.17 1.38
4 40 % 0.14 5 0.65 4.34 3.25 5 50 % 0.34 8.1 1 10.54 8.1 6 60 % 0.65 11 1.6 20.15 15.73 7 70 %
1.6 17.8 2.2 49.6 39.16 No. Beban (Ω) Hasil pengujian
Hasil perhitungan Vin (V) Iin (A) Vo (V) Io (A) Pin (Watt) Po (Watt) 1 38.16 31 0.22 15 0.4 6.82 6
2 33.65 0.26 0.46 8.06 6.9 3 27.94 0.37 0.54 11.47 8.1 4 21.99 0.39 0.69 12.09 10.35 5 15.40 0.7 1 21.7 15 6 9.64 0.98 1.6 30.38 24
7 3.96 1.3 2.2 40.3 33
Gambar 12 . Grafik antara daya input dan output  terhadap beban
3.3.2. Pengujian flyback converter terhadap duty cycle dengan beban konstan
Tabel 2. Hasil  Pengujian  tegangan keluaran konstan flyback
Gambar 13 . Grafik tegangan keluaran terhadap Duty cycle
Gambar 14 . Grafik antara daya input dan daya output terhadap  Duty Cycle
3.3.3. Pengujian flyback converter terhadap beban dengan duty cycle konstan
Tabel 3 . Pengujian flyback terhadap beban dengan duty cycle konstan
Gambar 15 . Grafik tegangan keluaran flyback terhadap beban
Gambar 16 . Grafik antara daya input dan daya output terhadap beban 0 10 20 30 40 50 38,16 Ω   33,65 Ω   27,94 Ω   21,99 Ω   15,40 Ω    9,64 Ω    3,96  Ω Daya yang dihasilkan flyback converter Pin (Watt) Pout (Watt) 1,1 2,2 3,3 5 8,1 11 17,8 0 5 10 15 20 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Tega n ga n k el u ar an Duty cycle Tegangan keluaran yang dihasilkan berdasarkan duty cycle Vout 0 20 40 60 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% D ay a ( w at t) Duty Cycle Daya yang dihasilkan flyback converter terhadap duty cycle Pin Pout 15 15 13,3 11,3 10,9 10,5 2,3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 3 8 , 1 6   Ω  3 3 , 6 5   Ω  2 7 , 9 4   Ω  2 1 , 9 9   Ω   1 5 , 4   Ω   9 , 6 4   Ω   3 , 9 6   Ω TE GA N GA N BEBAN T E G A N G A N   O U T P U T   Y A N G D I H A S I L K A N   B E R D A S A R K A N   B E B A N Vo 0 10 20 30 3 8 , 1 6   3 3 , 6 5   2 7 , 9 4   2 1 , 9 9   1 5 , 4 9 , 6 4 3 , 9 6 D A YA ( W A TT ) BEBAN (OHM)
D A Y A   Y A N G   D I H A S I L K A N   F L Y B A C K C O N V E R T E R Pin Pout
IV.    Penutup 4.1. Kesimpulan
Pada pengujian flyback dengan tegangan  output  konstan  dan  dibebani resistor  geser  sudah  bekerja  dengan  baik karena bisa menghasilkan tegangan keluaran    12  V.  Dengan  kapasistas  beban sebesar 39 Ohm. Sedangkan pada pengujian flyback  terhadap  duty  cycle  dengan  beban konstan hanya dilakukan sampai duty 70 % dikarenakan  arus  yang  dihasilkan  sudah melewati  2  Ampere  dan  efisiensi  tidak cukup  baik  karena  konstruksi  trafo  tidak bagus, jadi ketika beban tinggi , trafo panas.
4.2. Saran
Pada
flyback converter
ini menggunakan  mosfet  IRFP  460.  Untuk hasil yang
maksimal diharapkan
menggunakan  komponen  yang  memiliki rating  arus  dan  tegangan  lebih  besar . Penggulungan trafo harus dilakukan dengan sebaik  mungkin    agar  lonjakan  tegangan dan  arus  yang  sangat  tinggi  bisa  hindari. Peredaman  lonjakan  tegangan  pada  mosfet dapat dilakukan dengan konfigurasi rangkaian  snubber  dan  perhitungan  yang tepat..

## Daftar Pustaka
[1]     Nurendi, D.M. et al. 2015. Perancangan dan Realisasi Pembangkit  Korona  dengan  Sumber DC  dari  Baterai  12  Volt  DC
Menggunakan Flyback  Converter , Jurnal  Online, Institut  Teknologi Nasional. Bandung [2]    Arduino  ku  .  Arduino  nano,  tersedia dari:
https://djukarna4arduino.wordpress.c om/2018/3/30/arduino-nano/,(diakses tanggal  30 April 2018).
[3] Hamonangan, A. 2013 Dasar
elektronika , Erlangga, Jakarta.
[4]      Pambudi,
g. Et al. 2009.
Transformator  design  of  flyback converter . Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
[5]     Dharmawan,  A.  2012.  Pengendalian
Motor  Brushless DC  dengan  metode
PWM sinusoidal menggunakan Atmega16 , Skripsi. Universitas Indonesia, Jakarta.