TB6612FNG-Motortreiber

Was es ist

Der TB6612FNG ist ein Doppel-H-Brücken-Motortreiber, der denselben Job tut wie ein L298N – zwischen den Logikpins eines Mikrocontrollers und Motoren stehen, die weit mehr Strom wollen –, aber seine Ausgangsstufe aus MOSFETs statt Bipolartransistoren baut. Diese eine Änderung ist die ganze Geschichte: Ein MOSFET-Schalter verliert wenige Zehntelvolt, wo die L298N-Stufe rund zwei verliert.

An 6-V-Batterie mit 6-V-Motoren ist diese Differenz der Großteil deiner Drehzahl. Sie ist auch der Großteil deiner Wärme: Der L298N will bei Dauerstrom einen Kühlkörper, während ein TB6612FNG-Träger in Briefmarkengröße bloß handwarm läuft.

Wie man ihn steuert

Jeder Motor nimmt drei Signale, plus einen gemeinsamen Pin für den Chip:

• Zwei Richtungspins (AIN1/AIN2 für Motor A, BIN1/BIN2 für Motor B) wählen vorwärts, rückwärts, Bremse oder Ausrollen.
• Ein PWM-Pin (PWMA oder PWMB) setzt die Drehzahl. Anders als beim L298N, wo PWM auf einem Enable-Pin reitet, hat der TB6612FNG einen eigenen PWM-Eingang pro Kanal bis 100 kHz – hoch genug, um oberhalb des Hörbereichs zu schalten, damit dein Roboter aufhört zu jaulen.
• Ein STBY-Pin, gemeinsam. LOW gehalten und beide Brücken sind tot, egal was sonst gilt.

Dieser STBY-Pin verdient Wiederholung, weil er Anfänger einen Abend kostet: Ein korrekt verdrahteter TB6612FNG mit offenem oder LOW STBY tut absolut nichts, lautlos, ohne lesbaren Fehler.

Wann man ihn verwendet

Zum TB6612FNG greifen, wenn die Motoren klein und die Batterie kostbar sind – was fast jeden Linienfolger und Linienlabyrinth-Roboter beschreibt. Kleine Roboter fahren mit 6–7,4 V, genau dem Bereich, wo die 2-V-Steuer des L298N am meisten wehtut – und sie fahren auf einer Batterie, die man lieber nicht als Wärme vergeudet.

Beim L298N bleiben, wenn die Motorversorgung 13,5 V übersteigt, was der TB6612FNG nicht verträgt, oder wenn dauerhaft mehr als etwa 1,2 A pro Kanal nötig sind.

Verdrahtung und Fallstricke

• STBY HIGH treiben. Das Erste, was setup() nach pinMode tun sollte.
• Zwei Versorgungen, eine Masse. Motorbatterie an VM, Arduino-5-V an VCC, und alle Massen verbunden – Arduino, Treiber, Sensorarray und Batterieminus. Eine fehlende gemeinsame Masse gibt Steuersignalen keine Referenz, und der Fehler ist lautlos.
• 13,5 V respektieren. Kein Bordregler und kein Spielraum über der maximalen Motorversorgung. Ein 3S-Lithiumpack mit 12,6 V Nennwert überschreitet sie frisch geladen.
• Ein falschherum drehender Motor ist zwei Sekunden Arbeit. Die zwei Ausgangsdrähte dieses Motors tauschen oder seine Richtungslogik in Firmware invertieren. Tun, bevor man sonst etwas abstimmt – sonst jagt man einen Regelfehler, der wirklich ein Verdrahtungsfehler ist.

Pinbelegung

Zwei Reihen auf dem gängigen SparkFun-Träger: Logik auf einer Seite, Leistung und Motoren auf der anderen.

Die Wahrheitstabelle

Die oberste Zeile kostet Leute einen Abend. Eine perfekt verdrahtete Platine mit offenem STBY tut absolut nichts – und offen ist, was ein ungetriebener Pin tut. STBY in setup() HIGH treiben, in der ersten Zeile nach pinMode.

An einen Arduino verdrahten

Minimal funktionierender Code

const int STBY = 12;
const int PWMA = 9, AIN1 = 8, AIN2 = 7;
const int PWMB = 3, BIN1 = 5, BIN2 = 4;

void setup() {
  for (int p : {STBY, PWMA, AIN1, AIN2, PWMB, BIN1, BIN2}) pinMode(p, OUTPUT);
  digitalWrite(STBY, HIGH);          // without this, nothing happens at all
}

// speed: -255..255
void driveA(int speed) {
  speed = constrain(speed, -255, 255);
  digitalWrite(AIN1, speed > 0);
  digitalWrite(AIN2, speed < 0);
  analogWrite(PWMA, abs(speed));
}

void brakeA() {                       // short brake: both direction pins high
  digitalWrite(AIN1, HIGH);
  digitalWrite(AIN2, HIGH);
}

void loop() {
  driveA(200); delay(1000);
  brakeA();    delay(300);
  driveA(-200); delay(1000);
  brakeA();    delay(300);
}

Das Jaulen loswerden

Das ist die leise Superkraft des TB6612FNG und fast niemand nutzt sie. Der Treiber verträgt PWM bis 100 kHz, aber analogWrite eines Arduino Uno läuft mit 490 Hz auf den meisten Pins und 980 Hz auf Pins 5 und 6 – mitten im Hörbereich, weshalb ein Roboter beim Fahren singt.

Menschliches Hören endet um 20 kHz. Das PWM darüber schieben und das Geräusch verschwindet vollständig. Am Uno hängen Pins 9 und 10 an Timer 1, den man umprogrammieren kann:

void setup() {
  // Timer1 (pins 9, 10): phase-correct PWM, no prescaler -> ~31.4 kHz
  TCCR1B = (TCCR1B & 0b11111000) | 0x01;
}

Diese eine Zeile verlegt die Schaltfrequenz auf etwa 31 kHz – unhörbar und weiter gut innerhalb der Treiberangabe. Der Preis: Timer 1 nutzt auch die Servo-Bibliothek – beides geht also nicht am selben Timer.

Ein L298N folgt nicht dorthin; seine Bipolarstufe schaltet zu langsam und die Verluste steigen steil mit der Frequenz. Das ist ein echter, praktischer Vorteil der MOSFET-Stufe jenseits der Wirkungsgradzahlen.

Was 0,5 V statt 2 V wirklich bringen

Je niedriger die Versorgung, desto mehr zählt die Differenz – genau verkehrt zu dort, wo Leute es erwarten, und genau warum kleine Roboter sich durch den Tausch verwandelt anfühlen.

Dazu eine thermische Folge: Bei 1 A pro Kanal verheizt der L298N grob 2 W pro Kanal; der TB6612FNG verheizt über beide grob 0,5 W. Das ist der Unterschied zwischen einem Teil, das Kühlkörper und Luftstrom braucht, und einem, das man unter einer Chassisplatte vergraben kann.

Fehlersuche

Zwei Kanäle lassen sich für einen Motor parallel schalten – AIN1 an BIN1, AIN2 an BIN2, PWMA an PWMB und die Ausgänge zusammen – für grob 2,4 A Dauer. Das Datenblatt stützt es, und es ist die Standardantwort, wenn ein Motor knapp über der Grenze liegt.

Wann der TB6612FNG die falsche Wahl ist

Er ist die richtige Voreinstellung für kleine Roboter – und es gibt drei klare Fälle, in denen er es nicht ist.

Über 13,5 V. Kein Spielraum und kein Regler. Ein 4S-Pack scheidet aus, und ein 3S-Pack braucht frisch geladen Prüfung.

Über ~1,2 A Dauer pro Kanal, und Parallelschalten reicht nicht weit genug. Ein L298N schafft 2 A pro Kanal mit Kühlung, und ein BTS7960 geht bis 43 A für wirklich große Motoren.

Wenn man Strommessung oder -begrenzung braucht. Der DRV8833 liegt in jeder anderen Hinsicht nah am TB6612FNG und bringt Strombegrenzung dazu – womit sich der Treiber gegen Blockieren selbst schützt statt darauf zu bauen, dass der Code es bemerkt.