ES2542031T3 - Método y aparato para controlar una matriz de elastómeros dieléctricos evitando interferencias - Google Patents

Abstract

Método y aparato para controlar una matriz de elastómeros dieléctricos evitando interferencias, la matriz (4) compuesta de elementos (3) dispuestos en M filas, y N columnas con primer (2) y segundo (2 ') electrodos para aplicar una tensión de activación. El método comprende, cuando los elementos (E

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DESCRIPCIÓN

Método y aparato para controlar una matriz de elastómeros dieléctricos evitando interferencias

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una técnica para la conducción de matriz pasiva, como una matriz de elastómero, que responde a la magnitud de la tensión de excitación, es decir, la matriz de elementos individuales responden de la misma manera a un voltaje de +V o -V voltios.

La matriz de elastómero activada por el método y dispositivo actual se puede aplicar, por ejemplo, para generar imágenes visuales táctiles en un sistema visual táctil, como el sistema visual táctil divulgado en la solicitud de patente española N º 200900991.

Antecedentes de la invención

La matriz es direccionada por la selección de un elemento, como los píxeles para pantallas visuales o Taxel (a Taxel es un píxel táctil, un elemento táctil) para los actuadores, en la intersección de una determinada fila y columna. Multiplexado es el término aplicado a la división en el tiempo por el que los píxeles se excitan o se activan. Los problemas surgen cuando se activa una matriz grande. Con una matriz grande, si los elementos de la pantalla electro-ópticos responde eléctricamente de forma lineal, interferencias de acoplamiento ( ruido en forma de excitación no deseada de píxeles no seleccionados) limita el tamaño de la matriz.

Es objeto de la presente invención proporcionar un sistema de activación para matriz pasiva que tiene una alta relación señal a ruido (S/N) para la activacion de grandes matrices de elementos lineales.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un método para la excitación de una matriz de elementos que responde al valor absoluto de la tensión de la activación evitando interferencias entre distintos elementos de la matriz, según la reivindicación 1, y un dispositivo según la reivindicación 8. Realizaciones preferidas del método y del aparato se define en las reivindicaciones correspondientes.

En el método propuesto la matriz se compone de un conjunto de elementos (por ejemplo, los elastómeros dieléctricos) organizados en filas y columnas M y N con un primer y un segundo electrodos en los que se aplica la tensión de activación El método para activar un elemento de la matriz situado en el cruce de una columna de activación común con una fila de activación es el siguiente:

-La aplicación de un voltaje de activación de la fila (V3) para el primer electrodo de todos los elementos situados en la fila activación;

-La aplicación de un voltaje de activación de la columna (V0) en el segundo electrodo de todos los elementos situados en la columna de activación común;

-La aplicación de un voltaje de fila común (V1) al electrodo primero de los elementos situados en todas las filas de la matriz, excepto para la fila o filas de activación;

-La aplicación de un voltaje de columna común (V2) para el segundo electrodo de los elementos situados en todas las columnas de la matriz, excepto para la columna de activación común.

El voltaje de la activación de la columna (V0) puede considerarse 0 voltios y el voltaje de la activación de la fila (V3), tensión de línea común (V1) y la tensión de la columna común (V2) son preferentemente de forma

V32V3

que, V =

⋅ (1+ x) , V =⋅ (1− x) con V3>V2>V1>V0 y |x| menor que 0,5. 13 23

En una realización preferida el voltaje de la activación de la fila (V3), tensión de la activación de la columna (V0), tensión de línea común (V1) y la tensión de la columna común (V2) son tales que |V3-V2| es igual a |V2-V1| e igual a |V1-V0|.

El método puede además aplicarse sucesivamente para la excitación de todas las columnas de la matriz.

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El tiempo empleado entre dos procesos sucesivos de excitación columna puede ser inferior a 20µs, y la frecuencia de llevar a cabo el proceso de excitación de columna para todas las columnas de la matriz es preferentemente comprendida entre 10Hz y 50Hz.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, un dispositivo para la activación sin interferencia entre filas o columnas de una matriz de elementos que responden al valor absoluto de la tensión de la activación es presentado. La matriz se compone de un conjunto de elementos (por ejemplo, los elastómeros dieléctricos) organizados en filas y columnas M y N con un primer y un segundo electrodos en los que se aplica la tensión de activación.

El dispositivo se compone de:

-circuito de conmutación de alto voltaje para la aplicación de tensiones a los electrodos de los elementos;

-un circuito de activación de baja tensión conectado al circuito de conmutación de alto voltaje y configurado, cuando al menos uno de los elementos seleccionados de la matriz se encuentra en una columna de activación común y en al menos una fila de activación debe activarse, para:

•

aplicar, usando el circuito de conmutación de alto voltaje, una tensión de activación de fila (V3) para el primer electrodo de todos los elementos situados en la fila de activación;

•

aplicar, usando el circuito de conmutación de alto voltaje, una tensión de activación de la columna (V0) en el segundo electrodo de todos los elementos situados en columna común de activación;

•

aplicar, usando el circuito de conmutación de alto voltaje, una tensión de polarización fila (V1) al electrodo primero de los elementos situados en todas las filas de la matriz, excepto para la fila o filas de activación;

•

aplicar, usando el circuito de conmutación de alto voltaje, una tensión de polarización de columna (V2) para el segundo electrodo de los elementos situados en todas las columnas de la matriz, excepto para la columna común de activación.

El voltaje de la activación de la columna (V0) puede ser 0 voltios y el voltaje de la activación de la fila (V3), tensión de polarización de fila (V1) y la tensión de polarización de columna (V2) son tales que,

V32V3V1 =

⋅ (1+ x) , V =⋅ (1− x) con V3>V2>V1>V0 y |x| menor que 0,5. 3 23

El voltaje de la activación de la fila (V3), tensión de la activación de la columna (V0), tensión de línea común (V1) y la tensión de la columna común (V2) es preferible que tales |V3-V2| es sustancialmente igual a |V2-V1| y sustancialmente igual a |V1-V0|.

El circuito de activación de baja tensión esta conectado al circuito de conmutación de alto voltaje a través de optoacopladores.

El dispositivo puede incluir además un generador de tensiones de referencia para generar la tensión de la activación de fila (V3), tensión de la activación de columna (V0), tensión de polarización de fila (V1) y la tensión de polarización de columna (V2).

El generador de tensiones de referencia está formado por una fuente de tensión principal de alto voltaje y divisor de tensión resistivo, que a su vez esta formado una serie de resistencias, cada una encargada de establecer la referencia a un transistor PNP y un transistor NPN, en una configuración de seguidor de emisor, con los emisores juntos como voltaje de salida.

El dispositivo también puede incluir:

-para cada fila de la matriz, un terminal de activación o grabado de fila controlado por una señal de activación de fila, para la aplicación de la tensión de la activación de la fila (V3);

-para cada columna de la matriz, un terminal de activación o grabado de columna controlado por una señal de activación de columna para la aplicación de la tensión de la activación de la columna (V0);

-un terminal de desactivación o borradofilas controlada por una señal de desactivación de fila señal para 3

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restablecer la tensión de polarización de fila (V1);

-un terminal de desactivación o borrado de columna controlado por una señal de desactivación de columna (VRC para restablecer la tensión de polarización de columna (V2).

Breve descripción de los dibujos

Una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que están expresamente relacionados con una realización de dicha invención, presentados como un ejemplo no limitativo del mismo, son brevemente descritos a continuación.

Las Figuras 1 A y 1B representan el principio de funcionamiento de un actuador de elastómero dieléctrico, de acuerdo a la técnica existente.

Las Figuras 2A y 2B muestran los elementos de elastómero dieléctrico en una disposición de la matriz (matriz de elastómero).

La Figura 3 muestra un esquema de la aplicación de un voltaje de polarización a los elementos de una matriz de elastómero, y las diferentes tensiones a una fila r y columna C en concreto.

La Figura 4 muestra, para el ejemplo representado en la figura 3, la gráfica de la tensión aplicada al elemento de ERC (R fila, columna C) de la matriz.

En la Figura 5, para el ejemplo representado en la figura 3, la gráfica de la tensión aplicada al resto de los elementos de la fila R de la matriz.

En la Figura 6, para el ejemplo representado en la figura 3, la gráfica de la tensión aplicada al resto de los elementos de la columna C de la matriz.

La Figura 7 se muestra un ejemplo para activar simultáneamente diferentes elementos de una columna C de la matriz de elastómero.

La Figura 8 muestra un esquema de conmutación básico para un dispositivo generador de tensión para la activación de la matriz de elastómero.

Las Figuras 9A y 9B representan el esquemático para una activación taxel único.

La Figura 10 muestra un ejemplo de generador de voltaje de referencia utilizados en el dispositivo generador de tensión para la activación de la matriz de elastómero.

Las Figuras 11A y 11B representan, como ejemplo, el circuito de activación de una matriz de 3x3 de elastómero.

Descripción de una realización preferida de la invención

Para lograr los objetivos mencionados y otros, la presente invención emplea principios y técnicas mediante las cuales una matriz de elastómero dieléctrico puede ser activada con éxito, para algunas aplicaciones de la matriz, independiente del tamaño de la matriz. Por supuesto, hay límites prácticos de los equipos, costes, etc., que limitan el tamaño de la matriz, pero activando la matriz según la presente invención, la interferencia entre líneas n depende del tamaño.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para la activación de una matriz de elastómero dieléctrico compuesto de actuadores de elastómero dieléctrico dispuestos en filas y columnas.

El principio de funcionamiento de un elastómero dieléctrico actuador 3 se muestra en la Figura 1A y 1B. Cuando un alto voltaje continuo U se aplica entre ambas caras de una fina película de elastómero dieléctrico 1, por medio de por un primer 2 y en un segundo 2 electrodos, se expande en la dirección del plano debido a la presión p en la dirección del espesor inducida por un campo eléctrico. Cuando desaparece el voltaje aplicado, la película de elastómero recupera la forma original. Este efecto se puede crear, por ejemplo, las sensaciones táctiles en una pequeña área de la superficie de la piel (la zona de aplicación) cuando la matriz

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de elastómero se aplica o fija a un cuerpo humano, preferentemente en una región sensible (por ejemplo, el abdomen o la parte inferior de la espalda).

Suponiendo que el volumen permanece constante, la presión efectiva es la siguiente:

p =ErE0U/d

donde Er caso es la permitividad relativa de los elastómeros, E0 = 8854·1012As/Vm es la permitividad en el vacío, U es el voltaje aplicado y d es el espesor de la película de elastómero en posición de reposo. La presión aumenta de forma cuadrática con el campo eléctrico y por lo tanto es la relación principal que regula la respuesta del actuador. Es importante señalar que el comportamiento de elastómero es el mismo independientemente del signo positivo o negativo de la tensión aplicada U.

El modelo eléctrico equivalente para un elemento elastómero es una configuración de condensador y resistencia en paralelo, en la que la capacitancia es el resultado de dos electrodos aplicados sobre la película de elastómero, y la resistencia es la resistencia de pérdidas originada por la conductividad de la película de elastómero.

La técnica de modo grueso es una realización reciente de EPAM (Músculo Artificial de Polímero Electroactivo). En esta realización, se recubre la película de polímero “activo” con una capa pasiva más espesa, de modo que los cambios en el espesor del polímero durante la actuación de EPAM se transfieren, al menos parcialmente, a la capa pasiva. Esta capa pasiva puede considerarse como pasiva en relación la película de polímero en cuanto a que no responde a la aplicación de un campo eléctrico cambiando de área ni de espesor como hace la capa de EPAM. Sin embargo, la capa pasiva se acopla a la película de EPAM de modo que los cambios de área y de espesor de la película de EPAM inducen fuerzas de cisión en la capa pasiva que cambian el espesor de esta capa. Por lo tanto, este cambio de espesor de la capa pasiva puede utilizarse para ampliar, en términos absolutos, el desplazamiento producido por el cambio de espesor de la película de polímero EPAM. En la Figura 1A se muestra un diagrama esquemático de este tipo de dispositivo y de los resultados de la actuación del modo de cizalla. En la Figura 1B se muestra EPAM durante la actuación del modo de cizalla, mostrando un diagrama esquemático de un dispositivo de modo de cizalla propuesto.

En una matriz de elastómeros, un conjunto de elastómeros dieléctricos dispuestos en filas y columnas, se excita un único elemento (taxel) aplicando un voltaje entre la columna y la fila que cruzan en ese elemento. Cada taxel tiene dos electrodos, cada electrodo en un lado diferente del dieléctrico (un electrodo 2 se encuentra ubicado en las filas y otro electrodo 2' forma parte de las columnas, como se muestra esquemáticamente en la Figura 2A, que representa una matriz de elastómeros de 3x3). La intersección de columnas y filas define cada taxel. Debido a la equivalencia condensador/resistencia de cada elemento, la excitación de uno de ellos implica una excitación por diafonía (crosstalk) del resto de los elementos de la matriz. Para una matriz de MxN, M<=N, donde N y M son grandes (más de 10) esta excitación por diafonía es cercana al 50% del voltaje aplicado en los elementos de la fila y la columna involucrados en la excitación del elemento, y 1/M para el resto de los elementos. Por ello, si N o M son grandes, la excitación por diafonía del resto de los elementos que no se encuentran ubicados en la misma fila ni en la misma columna se reduce grandemente. Sin embargo, se incrementa a cerca del 50% en las filas y columnas involucradas.

La Figura 2B es una ilustración esquemática de elementos elastómeros dieléctricos en una matriz de M filas y N columnas. Las líneas en la Figura 2 representan hilos conductivos que conectan los electrodos de cada taxel elastómero, mientras que las cajas (R1, R2, RM; C1, C2, CN) representan terminales de conexión. El primer electrodo 2 y el segundo 2’ se ubican donde las filas se cruzan con las columnas.

El voltaje aplicado (+U) a la fila R (RR) y columna C (CC) excitará al elemento que está en el punto de cruce de esa fila y columna. Si se aplica un voltaje (–U) se produce la misma excitación. Si el resto de las filas y columnas están flotando (en circuito abierto, sin voltaje aplicado) habrá un acoplamiento por diafonía al resto de los elementos.

Para evitar esta diafonía, se introduce a todos los elementos de la matriz un voltaje de polarización de forma que la interferencia coincida con esta tensión de polarización pero con signo cambiado. Este voltaje de polarización ayudará también a hacer trabajar al elastómero con menores cambios de voltaje que en el caso en que no se use tensión de polarización con casi ninguna respuesta a las pérdidas mecánicas.

Si cada fila se conecta a un voltaje común de fila V1 y cada columna a un voltaje común de columna V2, el voltaje de polarización de cada elemento será (V2 – V1). Para excitar a un elemento ERC de la matriz 4, debe cambiarse el voltaje en la fila R (RR) y en la columna C (CC) En la fila R (RR) se aplica un voltaje de activación

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de fila V3 y en la columna C (CC) un voltaje de activación de columna V0, tal y como se representa en la Figura 3.

Para la fila R (RR) y la columna C (CC),el voltaje de ese elemento ERC será (V3-V0), como se muestra en la Figura 4. El voltaje en el resto de los elementos de la fila R (RR) será (V3-V2), como se ve en la Figura 5. El voltaje en el resto de los elementos de la columna C (CC) será (V1-V0), como se muestra en la Figura 6. La línea discontinua de los gráficos inferiores de las Figuras 4, 5 y 6 representan los voltajes aplicados a las columnas (V0 es el voltaje de activación de columnas), mientras que la línea continua en los gráficos inferiores es el voltaje aplicado a las filas (V3 es la tensión de activación de filas). En dichas Figuras 4, 5 y 6 la gráfica superior representa el voltaje resultante de la diferencia entre el voltaje aplicado en las filas (Vrow), en línea continua, y el voltaje aplicado a las columnas (Vcolumn), en línea discontinua del gráfico inferior. El gráfico superior de la Figura 4 representa el voltaje resultante aplicado al taxel activado (elemento ERC), el gráfico superior en la Figura 5 es la tensión resultante aplicada al resto de los elementos en la misma fila R, y el gráfico superior en la Figura 6 es el voltaje resultante aplicado al resto de los elementos en la misma columna C.

Eligiendo los voltajes (V1-V0) igual a (V2-V1) e igual a (V3-V2) se conseguirá una excitación de los elementos con cero diafonía, ya que el voltaje inducido en los elementos no-objetivo sólo cambiará de signo pero no de magnitud, lo que no producirá variación alguna en la condición mecánica del elastómero. En las Figuras 4, 5 y 6 los voltajes elegidos son, a modo de ejemplo: V0 = 0kV; V1 = 1kV; V2 = 2Kv; V3 = 3kV.

Como se muestra en las Figuras 5 y 6, no hay cambio en la condición del elastómero cuando el voltaje aplicado va de +1kV a -1kV, que es el voltaje resultante aplicado al resto de los elementos de la columna C (Figura 6) y en el resto de los elementos de la fila R (Figura 5).

Como la respuesta mecánica es proporcional al cuadrado de la tensión aplicada, con una tensión de polarización de 1kV y un voltaje aplicado de 3kV, el ratio de respuesta mecánica de polarizado a activo será de 9 a 1, y por lo tanto, un usuario percibirá fácilmente la respuesta mecánica a una excitación de un elemento ERC de matriz de elastómeros 4 (en el caso de estimulaciones táctiles).

Con esta técnica, pueden activarse simultáneamente varios elementos de la misma columna (o fila), lo que permite activar la matriz completa de M x N en M pasos (o N pasos). Así pues, hay N columnas de las que sólo una trabaja a la vez y hay M filas de las que j (j<= M) trabajan simultáneamente. De la misma forma, la matriz podría rotarse 90 grados y trabajaría una fila a la vez con múltiples columnas. Para activar varios elementos en una columna concreta (E3C,E6c,E8C), el procedimiento será el siguiente: Para activar (aplicar un voltaje V3 a) todas las filas que contienen los elementos que van a estar activos (en el ejemplo representado en la Figura 7, las filas de activación R3, R6 y R8), y activar a la vez (aplicar un voltaje V0) la columna seleccionada de activación común (CC). Como consecuencia de ello, los elementos E3C, E6C y E8C se activan a la vez. Después de activar los elementos seleccionados ubicados en la columna de activación común (CC), se activarán los elementos seleccionados en otras columnas elegidas CC+1 (o en cualquier otra columna elegida, no es necesario que las columnas se activen consecutivamente en orden creciente), y así hasta que todas las columnas de la matriz hayan sido activadas, con lo que toda la matriz completa queda activada. El tiempo que transcurre entre activaciones consecutivas de columnas depende del tamaño y tiempo de respuesta de los taxeles; la electrónica permitiría normalmente tiempos de activación de 15 a 20µs. La anchura del pulso de activación depende de la respuesta del taxel. Típicamente el ancho del pulso aplicado puede ser 1000µs, puesto que produce un mayor efecto de vibración que los pulsos más largos. El ancho del pulso puede elegirse en consonancia con la aplicación, normalmente menos de 20µs.

Como se ha comentado anteriormente, la utilización de voltajes |V1 – V0| igual a |V2-V1| e igual a |V3-V2| permitirá excitación de elementos con cero diafonía. Sin embargo, si se desea alguna activación de fondo de los taxeles no-objetivo (por ejemplo , en un sistema visual táctil puede ser útil una vibración constante residual cerca del umbral de percepción humana para incrementar la sensibilidad táctil), la selección de V1 y V2 offset de la condición de no-diafonía (V1-V0) igual a (V2-V1) e igual a (V3-V2) conllevará una activación residual del resto de los taxeles. Por ejemplo, seleccionando V1=1/3*V3*(1+x) y V2=2/3*V3*(1-x) con 0<x<0.5, creará una activación residual con 10% del voltaje V3 cuando x=0.1.

Como V0 puede considerarse siempre como referencia de tierra, V0=0. Y en el caso en que x=0, la condición

V32V3V = V =

para que se cumpla será 1 , 2 , con V3>V2>V1>V0.

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V32V3 Si x≠0, la condición resultante sería V1 =⋅ (1+ x) , V2 =⋅ (1− x) con V3>V2>V1>V0.

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Aplicando pulsos cortos (de alrededor de 1000us) a los taxels (varía dependiendo de la respuesta mecánica del taxel) se puede reforzar la sensación de golpeo que se percibe en la piel. En base a la respuesta mecánica del taxel, se puede elegir una anchura de pulso que sume los golpeos de activación y desactivación del taxel y refuerce de esta forma la percepción táctil.

Como un aspecto adicional de la presente invención, se ha provisto de un aparato generador de voltajes para hacer trabajar la matriz de acuerdo con el método comentado. Se necesitan los voltajes de referencia y switches de conexión a esos voltajes. El aparato generado de voltaje consta de dos circuitos, el circuito de conmutación de alto voltaje y el generador de voltajes de referencia usado por el circuito de conmutación.

Uno de los problemas de trabajar con voltajes altos es que aún con corrientes de activación de circuitos con muy baja polarización, las pérdidas son considerables. Para evitar esto, se usan optoacopladores, que mantienen de esta forma separados el circuito de conmutación de alto voltaje del circuito de activación de bajo voltaje.

El circuito de la Figura 8 representa el esquema básico de conmutación donde uno de los terminales de una carga (por ejemplo un taxel) puede conectarse eléctricamente tanto a VA como a VB (VA y VB pueden ser cualquiera de los voltajes V0, V1, V2, V3), en base a las señales de control VC1 y VC2. Los optoacopladores 70, pueden usarse en esta aplicación particular. Los Resistores R1 y R2 descargan rápidamente la base del transistor de salida para permitir una conmutación rápida.

Los optoacopladores 70 soportan unos voltajes máximos de salida en el rango de 400V, mientras que en nuestra aplicación se precisan voltajes del orden de 2000V (ver Figura 4). Pero las señales para activar los taxeles de la matriz de elastómeros son de baja intensidad, ya que sólo se necesita la corriente para cargar el condensador equivalente 71 del taxel, que es de alrededor de 1pF.

Así pues, estas características permiten utilizar varios optoacopladores 70 en serie para conseguir el alto voltaje deseado de 2000V, con cada transistor a la salida de los optoacopladores 70 actuando como un dispositivo zener cuando los voltajes se aproximan a valores de ruptura, mientras que la corriente a través de ellos sea suficientemente pequeña como para permitir que el dispositivo se mantenga dentro de los valores de disipación de potencia aprobados.

En el caso del dispositivo utilizado en esta aplicación, el MOC8204, la máxima potencia disipada es de 300mW lo que nos lleva a valores del orden de 600uA para la corriente media que el dispositivo soportará en condiciones de limitación en voltaje (aquí se considera 500V).

En las Figuras 9A y 9B se representa el diagrama esquemático para la activación de un solo táxel (ambas figuras separadas en la línea I, por motivos de tamaño), donde los voltajes V3 y V1 se pueden aplicar al terminal A del elastómero y los voltajes V2 y V0 se pueden aplicar al terminal B del elastómero (los terminales A y B de la carga del táxel corresponden a los electrodos (2,2') del elastómero representado en la Figura 1; los voltajes en las filas se aplican al correspondiente primer electrodo 2, y voltajes en las columnas se aplican al correspondiente segundo electrodo 2', o viceversa), representado por el condensador 71 en el esquemático. Las señales de control de borrado (VC1,VC2) están a cargo del borrado de los terminales A y B del elastómero, mientras que las señales de control de grabado (VC0,VC3) están a cargo del grabado de los terminales A y B.

En el terminal A, las resistencias de polarización R30 y R49 fijan el estado inactivo para los opto-acopladores 70 cuando no están activados. La resistencia R49 está ajustando por defecto el terminal A a V1. El diodo D19 mantiene el bloque de borrado del terminal A aislado del resto del circuito a no ser que sea activado. El diodo D20 evita que el voltaje del terminal A sea menor de V1. Las resistencias R50 y R51 limitan la corriente máxima a través de los opto-acopladores 70. De manera similar en el terminal B (la resistencia R36 ajusta por defecto el terminal B a V2, etc...).

Las resistencias entre los terminales emisor y base de los transistores de salida de los opto-acopladores aceleran el tiempo de descarga de la base, permitiendo un rápido apagado del transistor.

Se consiguen unos tiempos de conmutación de 15us para voltajes de -1kV a +3kV (una variación de 4kV). La pérdida de potencia se reduce a las pérdidas en las resistencias de polarización sólo cuando los optoacopladores están activos.

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V0, V1, V2 y V3 son los voltajes de referencia, donde (V1-V0) = (V2-V1) = (V3-V2) e igual a 1/3 del total del voltaje V3 (cuando V0=0). Para conseguir estos voltajes de referencia de una fuente de alimentación Vcc, un circuito divisor de bajas pérdidas se ha introducido como parte de la invención.

El generador de voltaje de referencia está formado por un divisor de voltaje resistivo 93 de poca intensidad y un gran valor resistivo para proporcionar un voltaje de referencia a una cadena de transistores de baja impedancia de etapa de salida, como se muestra en la Figura 10.

El divisor de voltaje resistivo (94), compuesto de distintas resistencias 93 (de 10MΩ en el ejemplo), fijan la referencia a dos transistores, un transistor PNP 90 y un transistor NPN 91, en una configuración de emisor seguidor, con ambos emisores juntos como voltaje saliente. Como se están usando transistores con un voltaje Vceo máximo en el rango de 400V, una serie de este bloque básico se repite para conseguir el alto voltaje deseado. La resistencia R4 en paralelo con el condensador C17 se utiliza para muestrear y filtrar paso bajo el voltaje total.

Si el voltaje de salida del emisor tiende a ir por encima del voltaje de referencia de entrada, el transistor PNP 90 se polariza y una corriente a través del colector mantendrá el voltaje de salida siguiendo la referencia de entrada. De manera similar, si el voltaje de salida del emisor tiende a distanciarse por debajo del voltaje de referencia de entrada, el transistor NPN se polariza y una corriente a través del colector mantendrá el voltaje de salida siguiendo la referencia de entrada.

Esta corriente de colector producirá una reacción en cadena con respuesta similar en el resto de los bloques. Los condensadores 92 a la salida se utilizan para almacenar energía entre los pulsos de activación de taxeles, absorbiendo la demanda de picos de corriente de los pulsos de voltaje en los taxeles. Los voltajes de salida V0, V1, V2 y V3 son los voltajes de referencia mostrados desde la Figuras 3 a 9.

Como el circuito se escala para activar una matriz más grande, el bloque de borrado puede ser común a todos los bloques grabadores por terminal, reduciendo el tamaño del circuito completo. Un circuito de control de nueve taxeles para una matriz 3x3 se representa en las Figuras 11A y 11B (ambas figuras separadas en las líneas I, II y III, por motivos de tamaño). Aquí el bloque de borrado en cada terminal se comparte con todos los bloques de grabado, como el bloque de borrado esta aislado del circuito por un diodo, y todos los bloques grabadores estarán activos al mismo tiempo, este bloque borrador común llevará la señal del terminal X al valor inicial a través del diodo una vez que los bloques grabadores están desactivados.

Para poder activar o grabar determinadas columnas, se proporcionan varias señales de control grabadoras por columna (VSC1,VSC2,VSC3), tantas como el número de columnas. De manera similar, para activar las filas, hay varias señales de control grabadoras por filas (VSR1,VSR2,VSR3), tantas como el número de filas.

Por lo tanto, para activar la fila i, Ri y la columna j, Cj, las señales de control grabadoras VSRi y VSCj deben activarse. Además, y como se ha descrito en la Figura 7, varias filas pueden ser activadas a un tiempo mientras se activa una determinada columna. Se proporciona una señal de control de borrado para cada terminal: Una señal de control de borrado de columnas (VRC) para el borrado de las columnas (aplicando el voltaje de columna común V2) y una señal de control de borrado de las filas (VRR) para el borrado de las filas (aplicando el voltaje de fila común V1). Las señales borradoras y grabadoras no pueden ocurrir al tiempo, además, para reducir el consumo de potencia se debe introducir un pequeño tiempo de descarga para los transistores de salida en el opto-acoplador entre la desactivación de la señal grabadora y la activación de la señal de borrado.

En una realización deseable, una matriz de 100x100 taxeles podrá ser activada de manera que el tiempo para activar columnas consecutivas estará comprendido entre 200µs-1000µs, por lo que el tiempo necesario para activar la matriz completa estaría entorno a 20ms-100ms (una frecuencia de 10Hz-50Hz).

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   REIVINDICACIONES

   1.-Un método para controlar una matriz de elementos que responden al valor absoluto del voltaje de activación evitando interferencias, estando la matriz (4) compuesta de un conjunto de elementos (3) organizados en M filas y N columnas y teniendo un primer (2) y segundo (2') electrodo en los que aplicar el voltaje de activación, tal que cuando al menos se excita un elemento determinado (E3C,E6C,E8C) de la matriz

   (4) situado en una columna de activación común (CC) y en al menos una fila de activación (R3,R6,R8), el método comprende el siguiente proceso de excitación de columna para dicha columna de activación común (CC):

   -aplicar un voltaje de activación de fila (V3) al primer electrodo (2) de todos los elementos (3) situados en al menos una fila de activación (R3,R6,R8);

   -aplicar un voltaje de activación de columna (V0) al segundo electrodo (2') de todos los elementos (3) situados en la columna de activación común (C);

   -aplicar un voltaje común de fila (V1) al primer electrodo (2) de los elementos (3) situados en todas las filas de la matriz (4) excepto en la al menos una fila de activación (R3,R6,R8);

   -aplicar un voltaje común de columna (V2) al segundo electrodo (2') de los elementos (3) situados en todas las columnas de la matriz (4) excepto en la columna de activación común (CC);

   caracterizado por que el voltaje de activación de columna (V0) es 0 voltios y el voltaje de activación de fila

   V3V =

   (V3), el voltaje común de fila (V1) y el voltaje común de columna (V2) son tales que 1 ⋅ (1+ x) ,

   3

   2V3V2 = 3 ⋅ (1− x) , con V3>V2>V1>V0 y |x| menor de 0.5.
2. 2.-Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el voltaje de activación de fila (V3), el voltaje de activación de columna (V0), el voltaje común de fila (V1) y el voltaje común de columna (V2) son tales que |V3-V2| es sustancialmente igual a |V2-V1| y sustancialmente igual a |V1-V0|.
3. 3.-Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los elementos (3) de la matriz (4) son elastómeros dieléctricos.
4. 4.-Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente realizar sucesivamente el proceso de excitación de columna para todas las columnas de la matriz (4).

5. 5.

   Método según la reivindicación 4, donde el tiempo empleado entre dos procesos de excitación de la columna sucesivos es menor que 20µs.

6. 6.

   Método según cualquiera de las reivindicaciones 4-5, donde la frecuencia de realización del proceso de excitación de la columna para todas las columnas de la matriz (4) está comprendido entre 10Hz y 50Hz.

7. 7.

   Aparato para controlar una matriz de elementos que responden al valor absoluto del voltaje de activación evitando interferencias, estando la matriz (4) compuesta de un conjunto de elementos (3) organizados en M filas y N columnas y teniendo un primer (2) y segundo (2 ') electrodo en los que aplicar el voltaje de activación, el aparato comprendiendo:

   -un circuito de conmutación de alta tensión (7) para la aplicación de las tensiones a los electrodos (2,2 ') de los elementos (3);

   -un circuito de activación de tensión (6) conectado a la conmutación de circuitos de alto voltaje (7) y configurado, cuando al menos un elemento seleccionado (E3C,E6C,E8C) de la matriz (4) situado en la columna de activación común (CC) y en al menos una fila de activación (R3,R6,R8) a fin de excitarlos, para:

   • aplicar, por medio del circuito de conmutación de alto voltaje (7), una tensión de activación de la fila (V3) al

   primer electrodo (2) de todos los elementos (3) situados en la al menos una fila de activación (R3,R6,R8); 9

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   •

   aplicar, por medio del circuito de conmutación de alto voltaje (7), una tensión de activación de la columna (V0) en el segundo electrodo (2') de todos los elementos (3) situados en la columna de activación común (CC);

   •

   aplicar, por medio del circuito de conmutación de alto voltaje (7), un voltaje común de fila (V1) en el primer electrodo (2) de los elementos (3) situados en todas las filas de la matriz (4) excepto en la al menos un fila de activación (R3,R6,R8);

   •

   aplicar, por medio del circuito de conmutación de alto voltaje (7), una tensión de columna común (V2) para el segundo electrodo (2 ') de los elementos (3) situados en todas las columnas de la matriz (4) excepto en la columna de activación (CC);

   caracterizado por que la columna de voltaje de activación (V0) es de 0 voltios y el voltaje de la activación de la fila (V3), tensión de línea común (V1) y la tensión de la columna común (V2) son tales que,

   V32V3V1 =

   ⋅ (1+ x) , V =⋅ (1− x) con V3> V2> V1> V0 y | X | menor que 0,5. 3 23
8. 8. Aparato según la reivindicación 7, donde el voltaje de la activación de la fila (V3), tensión de la activación de la columna (V0), tensión de línea común (V1) y la tensión de la columna común (V2) son tales que |V3-V2| es sustancialmente igual a |V2-V1| y sustancialmente igual a |V1-V0|.
9. 9.-Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 7-8, donde los elementos (3) de la matriz (4) son elastómeros dieléctricos.

10. 10.

    Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 7-9, donde circuito de activación de tensión (6) está conectado a la conmutación de circuitos de alta tensión (7) a través de acopladores ópticos (70).

11. 11.

    Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 7-9, que comprende además un generador de tensiones de referencia (8) para generar la tensión de la activación de la fila (V3), tensión de la activación de la columna (V0), tensión de línea común (V1) y la tensión de la columna común (V2).

12. 12.

    Aparato según la reivindicación 11, caracterizado porque el generador de tensiones de referencia (8) comprende una fuente de tensión de alimentación principal (Vcc) y un divisor de tensión (94), que a su vez comprende una pluralidad de resistencias (93), cada una encargada de establecer la referencia a un transistor PNP (90) y un transistor NPN (91), en una configuración de seguidor de emisor, con sus emisores juntos como voltaje de salida.

13. 13.

    Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 7-12, que comprende además:

    -para cada fila de la matriz (4), un conjunto de terminales fila bloque controlado por un conjunto de filas de la señal de control (VSR1,VSR2,VSR3) para la aplicación de la tensión de la activación de la fila (V3);

    -para cada columna de la matriz (4), un conjunto de terminales de columna bloque controlado por un conjunto de filas de la señal de control (VSC1,VSC2,VSC3) para la aplicación de la tensión de la activación de la columna (V0);

    -un bloque de reseteo de filas de terminal controlada por una señal de control de reset de filas (VRR) para la aplicación de la tensión de línea común (V1);

    -un bloque de reseteo de columnas de terminal controlado por una señal de control de reset de columnas (VRC) para la aplicación de la tensión de la columna común (V2).

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