L298N Motor Driver

Présentation

Le L298N est un contrôleur de moteurs à double pont en H — le muscle entre les délicates broches logiques d’un microcontrôleur et un moteur qui veut bien plus de courant que ces broches ne peuvent fournir. Une broche de microcontrôleur ne peut fournir que quelques dizaines de milliampères ; même un petit motoréducteur à courant continu tire des centaines. Le L298N prend des signaux de sens et de vitesse faible puissance depuis la carte et commute une alimentation moteur séparée à plus fort courant pour suivre. Il pilote deux moteurs indépendamment, soit exactement ce qu’il faut à un robot à deux roues.

Il est daté — un contrôleur MOSFET efficace comme un TB6612FNG ou un DRV8833 chauffe moins et gaspille moins de tension — mais le L298N est partout, économique, robuste, et c’est le module livré avec la plupart des kits de robotique ; il vaut donc la peine d’être bien compris.

Comment marche un pont en H

Un pont en H, ce sont quatre interrupteurs disposés autour du moteur en « H ». Fermez les interrupteurs haut-gauche et bas-droit et le courant passe dans un sens — le moteur tourne en avant. Fermez la paire opposée et le courant s’inverse — le moteur tourne en arrière. C’est toute l’astuce : un pont en H permet d’inverser un moteur sans le recâbler.

Vous commandez chaque moteur avec trois signaux :

• Deux broches de sens (IN1/IN2) choisissent avant, arrière ou frein.
• Une broche de validation (ENA), alimentée par un signal PWM, fixe la vitesse en commutant le pont rapidement. Un PWM à fond est la pleine vitesse ; un rapport de 50 % vaut à peu près la moitié.

Envoyez à la broche de validation la sortie d’une boucle de commande et vous pouvez tenir une vitesse cible ou braquer un robot doucement au lieu de cahoter entre arrêt et plein régime.

Quand l’utiliser

Prenez un L298N — ou tout pont en H — chaque fois qu’un microcontrôleur doit piloter un moteur à courant continu à balais, soit presque tout robot à roues. Ses 2 A par canal gèrent confortablement les petits motoréducteurs jaunes des suiveurs de ligne et rovers.

Choisissez plutôt un contrôleur à MOSFET quand le rendement et l’autonomie comptent, quand vos moteurs sont petits (la chute de tension du L298N gaspille beaucoup sur un moteur 6 V), ou quand vous voulez que le contrôleur reste froid sans dissipateur.

Câblage et pièges

• Deux alimentations, une masse. La batterie des moteurs alimente la broche d’alimentation moteur ; du 5 V logique alimente le côté logique. Leurs masses doivent être reliées ou les signaux de commande n’ont pas de référence — un échec silencieux classique.
• Il vole ~2 V. L’étage de sortie bipolaire, plus ancien, chute d’environ 2 V avant que le moteur ne voie quoi que ce soit. Donnez environ 8 V d’alimentation à un moteur 6 V pour tourner à pleine vitesse.
• Il chauffe. À courant soutenu, la puce a besoin de son dissipateur. Si les moteurs faiblissent pendant un parcours, vérifiez la température.
• Attention au cavalier du régulateur 5 V embarqué. Beaucoup de modules peuvent alimenter le côté logique depuis l’alimentation moteur — pratique, mais seulement jusqu’à ~12 V en entrée. Au-delà, retirez le cavalier et fournissez du 5 V séparément ou vous grillerez le régulateur.

Brochage

Le module L298N rouge que tout le monde connaît a trois borniers et deux barrettes de broches.

Les deux petits cavaliers sur ENA et ENB sont la raison de tant de premiers essais avec commande de sens mais sans commande de vitesse : tant qu’ils sont en place, le canal est validé en permanence et le PWM ne fait rien. Retirez-les et câblez ces broches vers des sorties capables de PWM.

Le troisième cavalier, près du bornier d’alimentation, active le régulateur 5 V embarqué.

La table de vérité

Trois signaux par moteur, et six combinaisons utiles. Ce tableau est toute l’interface de commande.

Frein et roue libre sont vraiment différents, et la différence compte plus qu’on ne croit. En roue libre, le robot continue à rouler ; au frein, la force contre-électromotrice du moteur se court-circuite dans le pont, ce qui dissipe l’énergie de rotation en chaleur et l’arrête bien plus sèchement. Un suiveur de ligne qui dépasse chaque jonction est souvent un robot en roue libre quand il devrait freiner.

Le câbler à un Arduino

Le cavalier du régulateur 5 V, tranché proprement

Au-delà d’environ 12 V, le régulateur linéaire doit brûler la différence en chaleur et il grillera. Sous environ 7 V, il ne peut pas tenir le 5 V, et la logique décroche quand les moteurs chargent le pack. Les deux pannes ressemblent à des réinitialisations aléatoires.

Code minimal fonctionnel

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
}

Notez que driveA(0) met en roue libre plutôt que freiner — mettre le rapport à zéro désactive le pont. Si vous voulez un arrêt franc, il faut le demander.

Le problème des 2 V, chiffré

L’étage de sortie du L298N est fait de transistors bipolaires, et chaque paire conductrice chute en tension. La fiche technique donne une chute de saturation totale d’environ 1,8 V à 1 A et jusqu’à environ 2,7 V à 2 A. Cette tension n’atteint jamais le moteur ; elle devient de la chaleur dans la puce.

Les conséquences valent d’être vues en chiffres :

Sur un moteur 6 V alimenté en 6 V, un tiers de votre batterie chauffe une puce. C’est toute la raison pour laquelle le L298N semble faible sur les petits robots — et pourquoi un moteur 6 V veut environ 8 V d’alimentation derrière ce contrôleur.

C’est aussi un problème thermique. À 1 A par canal avec les deux moteurs en route, la puce dissipe environ 4 W. Le petit dissipateur ne gère cela qu’avec de l’air, et un blocage limité en courant la poussera en arrêt thermique — ce qui se présente comme des moteurs qui s’éteignent en cours de parcours et repartent après une pause.

Dépannage

L298N ou TB6612FNG ?

Choisissez le TB6612FNG pour essentiellement tout petit robot : deux motoréducteurs jaunes, un suiveur de ligne, un solveur de labyrinthe. La différence de rendement n’est pas marginale — sur un système 6 V, c’est un tiers de votre batterie.

Choisissez le L298N quand l’alimentation moteur dépasse 13,5 V, quand il faut plus d’environ 1,2 A continus par canal, ou quand c’est simplement ce qui venait dans le kit. Il est robuste, tolérant aux mauvais traitements, et le comprendre enseigne bien le pont en H.

Pour les conceptions récentes, à connaître aussi : le DRV8833 (proche du TB6612FNG, avec limitation de courant) et le BTS7960 (43 A, pour les moteurs vraiment gros).