L298N Motor Driver

Qué es

El L298N es un controlador de motores de puente H dual: el músculo que hay entre los delicados pines lógicos de un microcontrolador y un motor que quiere mucha más corriente de la que esos pines pueden dar. Un pin de microcontrolador solo puede dar unas pocas decenas de miliamperios; hasta un motorreductor de CC pequeño consume cientos. El L298N toma de la placa las señales de dirección y velocidad, de baja potencia, y conmuta una alimentación de motor separada y de mayor corriente para hacerlas caso. Maneja dos motores de forma independiente, que es justo lo que necesita un robot de dos ruedas.

Está anticuado: un controlador MOSFET eficiente como el TB6612FNG o el DRV8833 funciona más frío y desperdicia menos tensión, pero el L298N está en todas partes, es barato, es robusto, y es el módulo que incluye la mayoría de los kits de robótica, así que merece la pena entenderlo bien.

Cómo funciona un puente H

Un puente H son cuatro conmutadores dispuestos alrededor del motor en forma de «H». Cierra el superior izquierdo y el inferior derecho y la corriente fluye en un sentido: el motor gira hacia delante. Cierra el par opuesto y la corriente se invierte: el motor gira hacia atrás. Ese es todo el truco: un puente H te permite invertir un motor sin recablearlo.

Controlas cada motor con tres señales:

• Dos pines de dirección (IN1/IN2) eligen avance, retroceso o frenada.
• Un pin de habilitación (ENA), alimentado con una señal PWM, fija la velocidad conmutando el puente rápido. PWM al máximo es velocidad máxima; un duty del 50 % es más o menos la mitad.

Si alimentas el pin de habilitación con la salida de un lazo de control, puedes mantener una velocidad objetivo o dirigir un robot con suavidad en lugar de dar tirones entre parada y máxima.

Cuándo usarlo

Recurre a un L298N —o a cualquier puente H— siempre que un microcontrolador deba manejar un motor de CC con escobillas, que es casi cualquier robot con ruedas. Sus 2 A por canal manejan de sobra los pequeños motores amarillos usados en seguidores de línea y rovers.

Elige un controlador basado en MOSFET en su lugar cuando importen la eficiencia y la autonomía, cuando tus motores sean pequeños (la caída de tensión del L298N se come mucho en un motor de 6 V) o cuando quieras que el controlador funcione frío sin disipador.

Cableado y errores comunes

• Dos alimentaciones, una masa. La batería de motores alimenta el pin de alimentación de motor; la lógica de 5 V alimenta la parte lógica. Sus masas deben estar unidas o las señales de control no tienen referencia: un fallo silencioso clásico.
• Roba ~2 V. La etapa de salida bipolar más antigua pierde unos 2 V antes de que el motor vea nada. Dale unos 8 V de alimentación a un motor de 6 V para que vaya a plena velocidad.
• Se calienta. Con corriente sostenida el chip necesita su disipador. Si los motores se debilitan durante una tanda, comprueba la temperatura.
• Cuidado con el jumper del regulador de 5 V de a bordo. Muchos módulos pueden alimentar la parte lógica desde la alimentación de motores, lo cual es cómodo, pero solo hasta unos 12 V. Por encima de eso, quita el jumper y alimenta los 5 V por separado o te cocerás el regulador.

Patillaje

El módulo rojo L298N al que todo el mundo se refiere tiene tres bloques de terminales y dos cabeceras de pines.

Los dos pequeños jumpers de ENA y ENB son la razón de que tantos primeros intentos tengan control de dirección pero no de velocidad: mientras estén puestos, el canal está permanentemente habilitado y el PWM no hace nada. Quítalos y cablea esos pines a salidas capaces de PWM.

El tercer jumper, junto al bloque de alimentación, habilita el regulador de 5 V de a bordo.

La tabla de verdad

Tres señales por motor, y seis combinaciones con sentido. Esta tabla es toda la interfaz de control.

Frenar y dejar rodar son realmente distintos, y la diferencia importa más de lo que la gente espera. Dejar rodar deja que el robot avance por inercia; frenar cortocircuita la fuerza contraelectromotriz del propio motor a través del puente, lo que disipa la energía rotacional como calor y lo detiene mucho más de golpe. Un seguidor de línea que se pasa de largo en cada bifurcación es a menudo uno que deja rodar cuando debería frenar.

Cablearlo a un Arduino

El jumper del regulador de 5 V, decidido bien

Por encima de unos 12 V el regulador lineal tiene que quemar la diferencia como calor y se cocerá. Por debajo de unos 7 V no puede mantener 5 V, y la lógica se queda sin tensión cuando los motores cargan el paquete. Los dos fallos parecen reinicios aleatorios.

Código mínimo funcional

const int ENA = 9, IN1 = 8, IN2 = 7;
const int ENB = 3, IN3 = 5, IN4 = 4;

void setup() {
  for (int p : {ENA, IN1, IN2, ENB, IN3, IN4}) pinMode(p, OUTPUT);
}

// speed: -255..255. Negative is reverse, 0 coasts.
void driveA(int speed) {
  digitalWrite(IN1, speed > 0);
  digitalWrite(IN2, speed < 0);
  analogWrite(ENA, abs(constrain(speed, -255, 255)));
}

void brakeA() {
  digitalWrite(IN1, HIGH);
  digitalWrite(IN2, HIGH);
  analogWrite(ENA, 255);
}

void loop() {
  driveA(180); delay(1500);   // forward
  brakeA();    delay(500);    // stop hard
  driveA(-180); delay(1500);  // reverse
  driveA(0);   delay(500);    // coast
}

Fíjate en que driveA(0) deja rodar en lugar de frenar: poner el duty a cero deshabilita el puente. Si quieres una parada brusca tienes que pedirla.

El problema de los 2 V, cuantificado

La etapa de salida del L298N está construida con transistores bipolares, y cada par en conducción pierde tensión. La ficha técnica da una caída de saturación total de unos 1,8 V a 1 A y de hasta unos 2,7 V a 2 A. Esa tensión nunca llega al motor; se convierte en calor en el chip.

Las consecuencias conviene verlas como números:

Con un motor de 6 V alimentado a 6 V, un tercio de tu batería está calentando un chip. Esta es toda la razón por la que el L298N parece flojo en robots pequeños, y por la que un motor de 6 V quiere aproximadamente 8 V de alimentación detrás de este controlador.

Es además un problema térmico. A 1 A por canal con los dos motores en marcha, el chip está disipando alrededor de 4 W. El pequeño disipador solo aguanta eso con flujo de aire, y un bloqueo limitado por corriente lo empuja a la protección térmica, lo que se manifiesta como motores que se apagan a media tanda y se recuperan tras una pausa.

Resolución de problemas

¿L298N o TB6612FNG?

Elige el TB6612FNG para prácticamente cualquier robot pequeño: dos motores amarillos, un seguidor de línea, un resolutor de laberinto. La diferencia de eficiencia no es marginal: en un sistema de 6 V es un tercio de tu batería.

Elige el L298N cuando la alimentación de motores supere los 13,5 V, cuando necesites más de unos 1,2 A continuos por canal, o cuando simplemente sea lo que venía en el kit. Es robusto, tolerante al abuso, y entenderlo te enseña el puente H como es debido.

Para diseños más nuevos también conviene conocer el DRV8833 (parecido al TB6612FNG, con limitación de corriente) y el BTS7960 (43 A, para motores realmente grandes).