TB6612FNG Motor Driver

Qué es

El TB6612FNG es un controlador de motores de puente H dual que hace el mismo trabajo que un L298N: situarse entre los pines lógicos de un microcontrolador y los motores, que quieren mucha más corriente. Pero construye su etapa de salida con MOSFET en lugar de transistores bipolares. Ese único cambio es toda la historia: un conmutador MOSFET pierde unas décimas de voltio donde la etapa del L298N pierde alrededor de dos.

Con una batería de 6 V alimentando motores de 6 V, esa diferencia es la mayor parte de tu velocidad. También es la mayor parte de tu calor: el L298N pide un disipador con corriente sostenida, mientras que una placa TB6612FNG del tamaño de un sello simplemente se queda tibia.

Cómo lo controlas

Cada motor toma tres señales, más un pin compartido para el chip:

• Dos pines de dirección (AIN1/AIN2 para el motor A, BIN1/BIN2 para el motor B) eligen avance, retroceso, frenada o rodar.
• Un pin PWM (PWMA o PWMB) fija la velocidad. A diferencia del L298N, donde el PWM va sobre un pin de habilitación, el TB6612FNG tiene una entrada PWM dedicada por canal que acepta hasta 100 kHz, lo bastante alto para conmutar por encima del rango audible y que tu robot deje de chirriar.
• Un pin STBY, compartido. Mantenlo en LOW y ambos puentes quedan muertos sin importar nada más.

Ese pin STBY merece repetición, porque le cuesta una tarde a los principiantes: un TB6612FNG cableado correctamente con STBY al aire o en LOW no hace absolutamente nada, en silencio y sin ningún error que leer.

Cuándo usarlo

Recurre al TB6612FNG cuando tus motores sean pequeños y tu batería sea valiosa, lo que describe casi cualquier seguidor de línea y robot de laberinto de líneas. Los robots pequeños funcionan a 6–7,4 V, exactamente el rango donde más duele el peaje de 2 V del L298N, y funcionan con una batería que preferirías no desperdiciar en calor.

Quédate con el L298N cuando la alimentación de motores supere los 13,5 V, que el TB6612FNG no acepta, o cuando necesites más de unos 1,2 A continuos por canal.

Cableado y errores comunes

• Manda STBY a HIGH. Lo primero que debería hacer tu setup() después de pinMode.
• Dos alimentaciones, una masa. Batería de motores a VM, 5 V del Arduino a VCC, y todas las masas unidas: Arduino, controlador, matriz de sensores y negativo de la batería. Una masa común que falta deja las señales de control sin referencia, y el fallo es silencioso.
• Respeta los 13,5 V. No hay regulador de a bordo ni margen por encima de la alimentación máxima de motores. Un paquete de litio 3S a 12,6 V nominal lo excederá recién cargado.
• Un motor que gira al revés se arregla en dos segundos. Intercambia los dos hilos de salida de ese motor, o invierte su lógica de dirección en el firmware. Hazlo antes de ajustar nada más, o te perseguirá un fallo de control que en realidad es de cableado.

Patillaje

Dos filas en la placa habitual de estilo SparkFun: la lógica a un lado, la alimentación y los motores al otro.

La tabla de verdad

La primera fila es la que le cuesta una tarde a la gente. Una placa cableada perfectamente con STBY al aire no hace absolutamente nada, y al aire es exactamente lo que hace un pin sin manejar. Mándalo a HIGH en setup(), en la primera línea después de pinMode.

Cablearlo a un Arduino

Código mínimo funcional

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);
}

Deshacerse del chirrido

Este es el superpoder silencioso del TB6612FNG y casi nadie lo usa. El controlador acepta PWM hasta 100 kHz, pero el analogWrite de un Arduino Uno corre a 490 Hz en la mayoría de los pines y a 980 Hz en los pines 5 y 6, justo en el centro de la banda audible, y por eso un robot canta mientras avanza.

El oído humano se agota alrededor de los 20 kHz. Sube el PWM por encima de eso y el ruido desaparece por completo. En un Uno, los pines 9 y 10 los maneja el Timer 1, que puedes reprogramar:

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

Esa única línea mueve la frecuencia de conmutación a unos 31 kHz: inaudible, y todavía muy dentro de la especificación del controlador. El coste es que el Timer 1 es también lo que usa la biblioteca Servo, así que no puedes hacer ambas cosas en el mismo temporizador.

Un L298N no puede seguirte hasta ahí: su etapa bipolar conmuta demasiado despacio y las pérdidas se disparan con la frecuencia. Esta es una ventaja real y práctica de la etapa MOSFET más allá de las cifras de eficiencia.

Qué compra realmente 0,5 V en lugar de 2 V

Cuanto más baja es la alimentación, más importa la diferencia, que es exactamente al revés de donde la gente espera que importe, y exactamente la razón por la que los robots pequeños se transforman con el cambio.

También hay una consecuencia térmica. A 1 A por canal el L298N disipa unos 2 W por canal; el TB6612FNG disipa alrededor de 0,5 W entre los dos. Esa es la diferencia entre un componente que necesita disipador y flujo de aire, y uno que puedes esconder bajo una placa del chasis.

Resolución de problemas

Dos canales se pueden poner en paralelo para un solo motor: une AIN1 con BIN1, AIN2 con BIN2, PWMA con PWMB, y las salidas entre sí, para unos 2,4 A continuos. La ficha técnica lo respalda, y es la respuesta estándar cuando un motor se queda justo por encima del límite.

Cuándo el TB6612FNG es la elección equivocada

Es la opción por defecto correcta para robots pequeños, y hay tres casos claros en los que no lo es.

Por encima de 13,5 V. No hay margen ni regulador. Un paquete 4S queda descartado, y un paquete 3S necesita revisión recién cargado.

Por encima de ~1,2 A continuos por canal, y poner los canales en paralelo no te lleva lo suficientemente lejos. Un L298N maneja 2 A por canal con refrigeración, y un BTS7960 llega a 43 A para motores realmente grandes.

Cuando necesites senses o limitación de corriente. El DRV8833 es parecido al TB6612FNG en todos los demás aspectos y añade limitación de corriente, lo que permite que el controlador se proteja a sí mismo frente a un bloqueo en lugar de depender de que tu código se dé cuenta.