Un diodo a emissione di luce (LED) è un dispositivo a semiconduttore che include un semiconduttore di tipo N e un semiconduttore di tipo P ed emette luce mediante ricombinazione di lacune ed elettroni. I LED sono dispositivi intrinsecamente a corrente continua (CC) che passano la corrente solo in una polarità e sono generalmente pilotati da sorgenti di tensione CC che utilizzano resistori, regolatori di corrente e regolatori di tensione per limitare la tensione e la corrente erogate al LED. Per questo motivo, è necessario un alimentatore o "driver" allo scopo di convertire l'alimentazione CA di rete in una tensione o corrente CC adatta per pilotare i LED. Un driver LED è un alimentatore autonomo dotato di uscite corrispondenti alle caratteristiche elettriche della matrice di LED. La maggior parte dei driver LED sono progettati per fornire correnti costanti per far funzionare la serie di LED. Di conseguenza, i LED che contano su un circuito di pilotaggio per funzionare continuamente a un livello di corrente costante sono noti come LED CC.
Tuttavia, una sorgente di corrente alternata (CA) può essere impiegata per pilotare il sistema di illuminazione a LED. Un LED CA è un LED che funziona direttamente con la tensione di linea CA invece di utilizzare un driver per trasformare la tensione di linea in corrente continua (CC). Un chip LED CA ha una pluralità di unità LED formate su un chip ed è assemblato in un circuito ad anello o in un ponte di Wheatstone per essere utilizzato direttamente in un campo di corrente alternata. Un LED CA è anche indicato come un diodo ad emissione luminosa ad alta tensione (LED HV) poiché è privo di un componente di pilotaggio della conversione di corrente e può essere impiegato direttamente nell'elettricità di rete che è ad alta tensione (220 V in Europa o 110 V negli Stati Uniti ) e corrente alternata (AC).
Il tipico apparecchio di illuminazione a LED include un circuito di pilotaggio complesso, che può comportare un aumento dei costi di produzione, una sostanziale perdita di vita operativa, una minore flessibilità di progettazione come conseguenza dell'aumento del volume con circuiti di pilotaggio e dimmer aggiuntivi, bassa efficienza energetica e stabilità del sistema.
L'introduzione dei circuiti di pilotaggio in un sistema di illuminazione a LED DC comporta molti effetti negativi. Innanzitutto, la durata del circuito elettronico è notevolmente inferiore a quella del LED. Inoltre, considerando che le caratteristiche del carico di ingresso di un LED non rimangono costanti per tutta la durata del LED, ma cambiano piuttosto con l'età e le condizioni ambientali, la compatibilità tra un LED e il suo driver può deteriorarsi alla fine, portando così a prestazioni instabili del LED. Il convertitore di potenza riduce l'efficienza del dispositivo che emette luce. Le perdite di potenza inerenti a tale convertitore di potenza riducono l'efficienza complessiva della sorgente luminosa. Un circuito pilota può includere componenti come carichi resistivi, bobine induttive, condensatori, transistor di commutazione, orologi e simili per modulare i parametri operativi. Durante il funzionamento, le lampade a LED e i relativi driver LED subiscono una serie di perdite parassite che includono calore, vibrazioni, radiofrequenze o interferenze elettromagnetiche, perdite di commutazione e così via. Con il passare del tempo, i fattori ambientali e le perdite parassitarie possono portare a un calo delle prestazioni operative delle lampade a LED in modo tale da non soddisfare i requisiti operativi.
Per i LED CA, non sono necessari trasformatori di tensione o raddrizzatori aggiuntivi e i LED CA possono funzionare applicando direttamente corrente alternata. Per questo motivo, il costo di una lampada a LED CA è ridotto rispetto alla sua controparte CC e i problemi di qualità relativi al circuito sono ridotti al minimo. L'interferenza elettromagnetica (EMI), in particolare, non è più un problema poiché l'alimentatore lineare non richiede operazioni di commutazione ad alta frequenza. La trasformazione per corrente continua a bassa tensione non è necessaria, abbattendo così il consumo di energia che si verifica nei trasformatori di potenza. Il convertitore di potenza riduce il fattore di potenza e aumenta la distorsione armonica totale della corrente. L'efficienza intrinseca di un progetto AC-direct rende possibile un elevato fattore di potenza superiore a 0.9 senza necessità di ulteriori condizionamenti o circuiti di correzione del fattore di potenza. Un ulteriore vantaggio della configurazione AC LED è la sua intrinseca dimmerabilità full-range, senza ricorrere a un circuito di dimmerazione. Una delle caratteristiche principali degli approcci LED CA è la compatibilità con i dimmer a taglio di fase (triac). Spesso si desidera implementare lampade a LED con una funzionalità di attenuazione per fornire un'emissione luminosa variabile.
Tuttavia, c'è stata ancora una sfida per il miglioramento nella produzione del LED CA. La luce prodotta dai LED AC pilotati dalla rete AC può presentare un grado di sfarfallio ottico inaccettabilmente elevato, come conseguenza dell'alterazione accelerata della polarità alla frequenza di rete. Questo sfarfallio può essere irritante, in particolare quando si tratta di applicazioni di illuminazione per interni. Il problema dello sfarfallio può essere risolto impiegando un raddrizzatore e un condensatore, che sono componenti tipici dei driver per LED CC. Inoltre, le luci a LED con un circuito driver possono essere progettate per convertire la tensione di rete CA, in un ampio intervallo (ad es. 100-277V), nella tensione di carico possibilmente costante e nella corrente di carico possibilmente costante. I LED CA sono in grado di accettare solo un intervallo ristretto di tensione di ingresso, ad esempio 220-240V, che limita il loro funzionamento in applicazioni con fluttuazioni di tensione radicali.
I LED alimentati da fonti di alimentazione CA creano un carico non lineare. Attribuibile alla non linearità, i LED alimentati da fonti di alimentazione CA possono probabilmente avere un fattore di potenza inferiore e possono avere una distorsione armonica totale più elevata. Il fattore di potenza di un sistema di alimentazione elettrica a corrente alternata (CA) è descritto come il rapporto tra la potenza reale e la potenza apparente che scorre verso un carico.
