TB6612FNG Motor Driver

Présentation

Le TB6612FNG est un contrôleur de moteurs à double pont en H qui fait le même travail qu’un L298N — se tenir entre les broches logiques d’un microcontrôleur et des moteurs voulant bien plus de courant — mais construit son étage de sortie en MOSFET au lieu de transistors bipolaires. Ce seul changement est toute l’histoire : un interrupteur MOSFET chute de quelques dixièmes de volt là où l’étage du L298N en chute environ deux.

Sur une batterie 6 V pilotant des moteurs 6 V, cette différence fait l’essentiel de votre vitesse. C’est aussi l’essentiel de votre chaleur : le L298N veut un dissipateur à courant soutenu, tandis qu’une carte TB6612FNG de la taille d’un timbre-poste reste à peine tiède.

Comment on le commande

Chaque moteur prend trois signaux, plus une broche commune pour la puce :

• Deux broches de sens (AIN1/AIN2 pour le moteur A, BIN1/BIN2 pour le moteur B) choisissent avant, arrière, frein ou roue libre.
• Une broche PWM (PWMA ou PWMB) fixe la vitesse. Contrairement au L298N, où le PWM passe par une broche de validation, le TB6612FNG a une entrée PWM dédiée par canal acceptant jusqu’à 100 kHz — assez haut pour commuter au-delà de l’audible et que votre robot cesse de siffler.
• Une broche STBY, commune. Tenez-la au BAS et les deux ponts sont morts quoi que dise tout le reste.

Cette broche STBY vaut d’être répétée, car elle coûte une soirée aux débutants : un TB6612FNG correctement câblé avec STBY laissée flottante ou au BAS ne fait absolument rien, en silence, sans erreur à lire.

Quand l’utiliser

Prenez le TB6612FNG quand vos moteurs sont petits et votre batterie précieuse — ce qui décrit presque tout suiveur de ligne et robot labyrinthe de lignes. Les petits robots tournent en 6–7,4 V, exactement la plage où la taxe de 2 V du L298N fait le plus mal, et ils tournent sur une batterie à ne pas gaspiller en chaleur.

Restez avec le L298N quand votre alimentation moteur dépasse 13,5 V, que le TB6612FNG ne peut pas accepter, ou quand il faut plus d’environ 1,2 A continus par canal.

Câblage et pièges

• Pilotez STBY au HAUT. La première chose que votre setup() doit faire après pinMode.
• Deux alimentations, une masse. Batterie des moteurs au VM, 5 V de l’Arduino au VCC, et toutes les masses ensemble — Arduino, contrôleur, barrette de capteurs et moins batterie. Une masse commune manquante ne donne aucune référence aux signaux de commande, et la panne est silencieuse.
• Respectez 13,5 V. Pas de régulateur embarqué ni de marge au-delà du maximum d’alimentation moteur. Un pack lithium 3S à 12,6 V nominaux le dépassera fraîchement chargé.
• Un moteur tournant à l’envers se corrige en deux secondes. Inversez les deux fils de sortie de ce moteur, ou inversez sa logique de sens dans le micrologiciel. Faites cela avant tout autre réglage, ou vous chasserez un bogue de commande qui est en réalité un bogue de câblage.

Brochage

Deux rangées sur la carte courante style SparkFun : logique d’un côté, puissance et moteurs de l’autre.

La table de vérité

La première ligne est celle qui coûte une soirée. Une carte parfaitement câblée avec STBY flottante ne fait absolument rien, et flottante est ce que fait une broche non pilotée. Pilotez-la au HAUT dans setup(), sur la première ligne après pinMode.

Le câbler à un Arduino

Code minimal fonctionnel

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);
}

Supprimer le sifflement

C’est le superpouvoir discret du TB6612FNG et presque personne ne l’utilise. Le contrôleur accepte du PWM jusqu’à 100 kHz, mais l’analogWrite d’un Arduino Uno tourne à 490 Hz sur la plupart des broches et 980 Hz sur les broches 5 et 6 — carrément dans la bande audible, c’est pourquoi un robot chante en roulant.

L’oreille humaine plafonne vers 20 kHz. Poussez le PWM au-delà et le bruit disparaît entièrement. Sur un Uno, les broches 9 et 10 sont pilotées par le minuteur 1, reprogrammable :

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

Cette seule ligne monte la fréquence de commutation vers 31 kHz — inaudible, et bien dans le calibre du contrôleur. Le prix est que le minuteur 1 sert aussi à la bibliothèque Servo, donc pas les deux sur le même minuteur.

Un L298N ne peut pas vous suivre là-haut ; son étage bipolaire commute trop lentement et les pertes grimpent fortement avec la fréquence. C’est un vrai avantage pratique de l’étage MOSFET au-delà des chiffres de rendement.

Ce que 0,5 V au lieu de 2 V apporte vraiment

Plus l’alimentation est basse, plus la différence compte — exactement l’inverse d’où on s’attend à ce qu’elle compte, et exactement pourquoi les petits robots sont transformés par l’échange.

Il y a aussi une conséquence thermique. À 1 A par canal, le L298N dissipe environ 2 W par canal ; le TB6612FNG dissipe environ 0,5 W sur les deux. C’est la différence entre une pièce voulant dissipateur et air, et une pièce à enterrer sous une plaque de châssis.

Dépannage

Deux canaux peuvent être mis en parallèle pour un seul moteur — reliez AIN1 à BIN1, AIN2 à BIN2, PWMA à PWMB, et les sorties ensemble — pour environ 2,4 A continus. La fiche technique le permet, et c’est la réponse standard quand un moteur dépasse à peine la limite.

Quand le TB6612FNG est le mauvais choix

C’est la valeur par défaut correcte pour les petits robots, et il y a trois cas nets où il ne l’est pas.

Au-delà de 13,5 V. Pas de marge ni régulateur. Un pack 4S est hors de question, et un pack 3S veut une vérification fraîchement chargé.

Au-delà de ~1,2 A continus par canal, et mettre les canaux en parallèle ne suffit pas. Un L298N gère 2 A par canal avec dissipateur, et un BTS7960 monte à 43 A pour les moteurs vraiment gros.

Quand il faut mesure ou limitation de courant. Le DRV8833 est proche du TB6612FNG à tout autre égard et ajoute une limitation de courant, qui permet au contrôleur de se protéger contre un blocage plutôt que compter sur votre code pour le remarquer.