Fig. 05 · Laboratorio de robótica · Puente H, PWM

Driver TB6612FNG

Arduino Nano

Cargando la figura…

Banco

Aún sin lectura

Ciclo de trabajo de PWMA

Aún sin lectura

Consumo de corriente

0 mA

Monta y avería

1MontajeSiguiente
Déjala en la PCB desnuda
Quita todas las piezas. El cuadrado rojo de 20 mm solo lleva cuatro piezas y dos tiras de pines: las volverás a poner en el orden en que lo haría una fábrica.
2
Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo
3
Coloca JP1, el conector de alimentación y motores
4
Coloca JP2, el conector de control
5
Suelda las tiras de pines
6
Conecta la Nano a JP2 y a VCC
7
Conecta los dos motores
8
Conecta la LiPo a VM y GND
9
Alimenta el banco
10
Envía Adelante 50 %
11
Envía Freno
12
Envía Rueda libre
13
Envía Atrás
14
Envía Adelante 100 %
15
Pon STBY en LOW
16
Averíala: C3 al revésAveríala
17
Averíala: la LiPo conectada al revésAveríala
18
Averíala: una batería 4S en VMAveríala
19
Averíala: los motores en los 5 V de la NanoAveríala
20
Averíala: soldaduras frías en el conector de controlAveríala
21
Deja U1 fuera
22
Vista despiezada

Averíala a propósito

Cada avería es de las que pillan a quien monta de verdad. Provócala, lee el síntoma en el banco y luego arréglala.

C3 colocado al revés
pieza al revés
Por qué pasa
Síntoma: ¡Pum!: C3 se agrieta y echa humo en cuanto se conecta la batería, y la corriente de la batería se dispara.
Un condensador de tántalo tiene polaridad. La tensión inversa rompe su capa de óxido, se convierte en casi un cortocircuito entre VM y tierra, y la batería mete amperios por él hasta que arde.
Solución: Desconecta, desuelda C3 y coloca uno nuevo con la banda (+) hacia VM, a la izquierda.
LiPo conectada al revés
polaridad invertida
Por qué pasa
Síntoma: U1 y C3 se calientan en segundos, huele a quemado y no gira nada.
La placa de SparkFun no tiene protección contra la polaridad inversa. La corriente va desde GND por los diodos intrínsecos de los interruptores de abajo y sale por los de arriba hacia VM: dos caídas de diodo entre los extremos de la batería, casi un cortocircuito a través del chip. Al mismo tiempo, C3 queda polarizado al revés.
Solución: Desconecta enseguida e intercambia los cables: el rojo a VM y el negro a GND. En una placa real, U1 y C3 suelen quedar muertos; la placa portadora de Pololu añade un MOSFET de protección contra la polaridad inversa en VM.
16,8 V en VM
tensión incorrecta
Por qué pasa
Síntoma: El driver falla al momento: VM queda en cortocircuito con GND y los cables de la batería se calientan.
VM funciona hasta 13,5 V y aguanta 15 V. Una batería 4S cargada (16,8 V) supera los dos valores, y cada pico de frenado suma todavía más.
Solución: Usa una batería 2S (8,4 V cargada) o como mucho una 3S (12,6 V cargada, poco margen para los picos de frenado).
Los motores en los 5 V de la Nano
caída de tensión
Por qué pasa
Síntoma: La Nano se reinicia cada vez que arrancan los motores: el sketch vuelve a empezar, la línea del monitor serie se repite y las ruedas dan tirones.
Dos motores TT consumen unos 1,6 A durante un momento al arrancar. La alimentación USB de la Nano tiene un fusible de 500 mA y va detrás de un diodo, así que su línea de 5 V cae por debajo del nivel de caída de tensión de 2,7 V del ATmega328P y el chip se reinicia.
Solución: Alimenta VM desde la batería, deja VCC en los 5 V de la Nano y une las tierras.
Soldaduras frías en el conector de control
soldadura fría
Por qué pasa
Síntoma: Los motores van a trompicones, peor cuando se golpea la placa o vibra.
Una soldadura fría es mate, granulada y en forma de cono: solo toca el pin de vez en cuando. Cuando se abre la soldadura de STBY, el pull-down de 200 kΩ lleva STBY a LOW y el chip se duerme hasta que vuelve el contacto.
Solución: Vuelve a calentar cada soldadura con flux nuevo y un poco de estaño hasta que fluya y forme un filete brillante y cóncavo.
STBY en LOW o sin conectar
entrada flotante
Por qué pasa
Síntoma: Con alimentación, el sketch funciona, IN1, IN2 y PWM parecen correctos, y no gira nada.
STBY en LOW apaga todas las salidas. Un STBY sin conectar se lee como LOW por el pull-down interno de 200 kΩ, la trampa más habitual del primer día con este chip.
Solución: Conecta STBY a un pin y ponlo en HIGH en setup(), o únelo a VCC.
Falta U1
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: Las dos alimentaciones están encendidas, pero no gira nada y nada se calienta.
Sin U1 no hay nada entre la batería y los motores: la placa es solo tiras de pines, tres condensadores y cobre.
Solución: Desconecta, coloca U1 con el pin 1 arriba a la izquierda y suéldalo.

Conoce el banco

alimenta el banco y luego envía órdenes de movimiento

Un pin de la Nano da unos 20 mA a 5 V. Un motorreductor TT quiere 150 mA solo para girar y alrededor de un amperio cuando arranca o se bloquea, a 6 o 7 V. El TB6612FNG va entre los dos: dos puentes H, cada uno con cuatro interruptores que conectan el motor en un sentido, en el otro, o cortocircuitan sus cables entre sí para frenar. IN1 e IN2 eligen el sentido y el PWM fija la velocidad encendiendo y apagando el puente casi mil veces por segundo (977 Hz en los pines 5 y 6). La alimentación de los motores (VM, de 2,5 a 13,5 V, aquí una LiPo 2S) y la de la lógica (VCC, de 2,7 a 5,5 V, aquí los 5 V de la Nano) son alimentaciones separadas con una tierra común, y STBY tiene que estar en HIGH o todo el chip se duerme. Sus interruptores MOSFET pierden unos 0,5 V a 1 A y solo unos 0,15 V a 0,3 A, frente a unos 2 V de los interruptores bipolares del L298N, así que este es el driver que conviene usar. Monta la placa, dale alimentación y luego prueba el freno y la rueda libre seguidos: el freno para la rueda en seco y la rueda libre la deja frenarse sola.

Fuentes

En el banco

Seleccionado

Instantáneo: cambia al momento, sin carga

Código: Adelante 50 %

// TB6612FNG: IN1 e IN2 eligen el sentido, el PWM fija la velocidad
const int PWMA = 5, AIN1 = 7, AIN2 = 8;
const int PWMB = 6, BIN1 = 10, BIN2 = 11, STBY = 9;

void drive(int in1, int in2, int pwm) {
  digitalWrite(AIN1, in1); digitalWrite(AIN2, in2); analogWrite(PWMA, pwm);
  digitalWrite(BIN1, in1); digitalWrite(BIN2, in2); analogWrite(PWMB, pwm);
}

void setup() {
  for (int p = 5; p <= 11; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  digitalWrite(STBY, HIGH);   // LOW, o sin conectar, duerme todo el chip
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  drive(HIGH, LOW, 128);      // adelante, a media velocidad
  Serial.println("AIN1=H AIN2=L PWMA=128 -> forward, ~3.7 V average");
  delay(3000);
}
// IN1 IN2 PWM -> H L pwm: adelante | L H pwm: atrás | H H x: freno en cortocircuito | L L H: rueda libre

Tareas prácticas

0/2 tareas

Escribe el código y luego ejecuta las comprobaciones. La ejecución usa un reloj virtual y un entorno con guion, así que el mismo código da siempre el mismo resultado.

Cinco velocidades, en los dos sentidos

Arduino C++

Mueve el motor A hacia delante en cinco pasos de PWM (51, 102, 153, 204, 255), un segundo cada uno, frena medio segundo, y luego haz lo mismo hacia atrás y vuelve a frenar. Mantén STBY en HIGH todo el tiempo.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarFunciona durante los 11 s completos
Aún sin ejecutarSTBY (D9) está en HIGH
Aún sin ejecutarAdelante: AIN1 (D7) está en HIGH
Aún sin ejecutarAdelante: AIN2 (D8) está en LOW
Aún sin ejecutarPrimer paso: PWMA al 20 %
Aún sin ejecutarTercer paso: PWMA al 60 %
Aún sin ejecutarQuinto paso: PWMA al 100 %
Aún sin ejecutarAtrás: AIN1 (D7) está en LOW
Aún sin ejecutarAtrás: AIN2 (D8) está en HIGH
Aún sin ejecutarAtrás, primer paso: PWMA al 20 %
Aún sin ejecutarAtrás, quinto paso: PWMA al 100 %

Pistas

El sentido es AIN1 y AIN2, la velocidad es analogWrite(PWMA, …): fija el sentido una vez y luego ve subiendo el PWM.
51 × i para i = 1 a 5 da los cinco pasos; delay(1000) después de cada uno.
El freno es AIN1 = AIN2 = HIGH. Escribe los dos pines cada vez; no confíes nunca en el pull-down.

Código de Cinco velocidades, en los dos sentidos

Exactamente una vuelta

Arduino C++

Un disco de encoder de 20 ranuras en el eje del motor A da un flanco de subida en D2 por ranura. Cuenta los flancos en una interrupción y frena el motor A después de exactamente 20 ranuras, una vuelta de la rueda, y luego imprime la cuenta una vez. Como paras por la cuenta y no por un temporizador, da una vuelta tanto si la batería está llena como casi vacía: tu primer lazo cerrado.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarCuenta el encoder con una interrupción y un contador volatile
Aún sin ejecutarMueve el motor A con PWM a 150
Aún sin ejecutarSigue en marcha después de 19 ranuras
Aún sin ejecutarFrena (AIN2 en HIGH) justo después de la ranura 20
Aún sin ejecutarSe queda frenado
Aún sin ejecutarImprime "one turn: 20 slots"

Pistas

La interrupción solo cuenta: count++ en tick(), nada más. Las decisiones, en loop().
count es un long de 32 bits en un chip de 8 bits: léelo entre noInterrupts() e interrupts() para que no pueda cambiar a mitad de la lectura.
AIN1 ya está en HIGH, así que poner AIN2 en HIGH da el freno en cortocircuito. Usa un indicador para frenar e imprimir solo una vez.

Código de Exactamente una vuelta

Monta y avería

1MontajeSiguiente

Déjala en la PCB desnuda

Quita todas las piezas. El cuadrado rojo de 20 mm solo lleva cuatro piezas y dos tiras de pines: las volverás a poner en el orden en que lo haría una fábrica.

Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo

Coloca JP1, el conector de alimentación y motores

Coloca JP2, el conector de control

Suelda las tiras de pines

Conecta la Nano a JP2 y a VCC

Conecta los dos motores

Conecta la LiPo a VM y GND

Alimenta el banco

Envía Adelante 50 %

Envía Freno

Envía Rueda libre

Envía Atrás

Envía Adelante 100 %

Pon STBY en LOW

Averíala: C3 al revésAveríala

Averíala: la LiPo conectada al revésAveríala

Averíala: una batería 4S en VMAveríala

Averíala: los motores en los 5 V de la NanoAveríala

Averíala: soldaduras frías en el conector de controlAveríala

Deja U1 fuera

Vista despiezada

Conoce el banco

alimenta el banco y luego envía órdenes de movimiento

En el banco

Seleccionado

Instantáneo: cambia al momento, sin carga

Código: Adelante 50 %

// TB6612FNG: IN1 e IN2 eligen el sentido, el PWM fija la velocidad
const int PWMA = 5, AIN1 = 7, AIN2 = 8;
const int PWMB = 6, BIN1 = 10, BIN2 = 11, STBY = 9;

void drive(int in1, int in2, int pwm) {
  digitalWrite(AIN1, in1); digitalWrite(AIN2, in2); analogWrite(PWMA, pwm);
  digitalWrite(BIN1, in1); digitalWrite(BIN2, in2); analogWrite(PWMB, pwm);
}

void setup() {
  for (int p = 5; p <= 11; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  digitalWrite(STBY, HIGH);   // LOW, o sin conectar, duerme todo el chip
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  drive(HIGH, LOW, 128);      // adelante, a media velocidad
  Serial.println("AIN1=H AIN2=L PWMA=128 -> forward, ~3.7 V average");
  delay(3000);
}
// IN1 IN2 PWM -> H L pwm: adelante | L H pwm: atrás | H H x: freno en cortocircuito | L L H: rueda libre

Driver TB6612FNG

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo

Coloca JP1, el conector de alimentación y motores

Coloca JP2, el conector de control

Suelda las tiras de pines

Conecta la Nano a JP2 y a VCC

Conecta los dos motores

Conecta la LiPo a VM y GND

Alimenta el banco

Envía Adelante 50 %

Envía Freno

Envía Rueda libre

Envía Atrás

Envía Adelante 100 %

Pon STBY en LOW

Averíala: C3 al revésAveríala

Averíala: la LiPo conectada al revésAveríala

Averíala: una batería 4S en VMAveríala

Averíala: los motores en los 5 V de la NanoAveríala

Averíala: soldaduras frías en el conector de controlAveríala

Deja U1 fuera

Vista despiezada

Averíala a propósito

C3 colocado al revés

LiPo conectada al revés

16,8 V en VM

Los motores en los 5 V de la Nano

Soldaduras frías en el conector de control

STBY en LOW o sin conectar

Falta U1

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Suelda las tiras de pines

Después de: Envía Rueda libre

Después de: Averíala: los motores en los 5 V de la Nano

Cuestionario final del banco

Conoce el banco

Fuentes

En el banco

Tareas prácticas

Cinco velocidades, en los dos sentidos

Comprobaciones

Exactamente una vuelta

Comprobaciones

Driver TB6612FNG

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Colocación automática de las piezas SMD, y luego reflujo

Coloca JP1, el conector de alimentación y motores

Coloca JP2, el conector de control

Suelda las tiras de pines

Conecta la Nano a JP2 y a VCC

Conecta los dos motores

Conecta la LiPo a VM y GND

Alimenta el banco

Envía Adelante 50 %

Envía Freno

Envía Rueda libre

Envía Atrás

Envía Adelante 100 %

Pon STBY en LOW

Averíala: C3 al revésAveríala

Averíala: la LiPo conectada al revésAveríala

Averíala: una batería 4S en VMAveríala

Averíala: los motores en los 5 V de la NanoAveríala

Averíala: soldaduras frías en el conector de controlAveríala

Deja U1 fuera

Vista despiezada

Averíala a propósito

C3 colocado al revés

LiPo conectada al revés

16,8 V en VM

Los motores en los 5 V de la Nano

Soldaduras frías en el conector de control

STBY en LOW o sin conectar