Đi-ốt phát quang (LED) là một thiết bị bán dẫn bao gồm chất bán dẫn loại N và chất bán dẫn loại P và phát ra ánh sáng bằng cách tái hợp các lỗ trống và electron. Về bản chất, đèn LED là thiết bị dòng điện một chiều (DC) chỉ truyền dòng điện qua một cực và thường được điều khiển bởi nguồn điện áp DC sử dụng điện trở, bộ điều chỉnh dòng điện và bộ điều chỉnh điện áp để giới hạn điện áp và dòng điện được cung cấp cho đèn LED. Do đó, cần có nguồn điện hoặc "trình điều khiển" cho mục đích chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành điện áp hoặc dòng điện một chiều phù hợp để điều khiển đèn LED. Trình điều khiển đèn LED là một nguồn điện độc lập có các đầu ra tương ứng với các đặc tính điện của dãy đèn LED. Hầu hết các trình điều khiển LED được thiết kế để cung cấp dòng điện không đổi để vận hành dãy đèn LED. Do đó, các đèn LED dựa vào mạch điều khiển để hoạt động liên tục ở mức dòng điện không đổi được gọi là đèn LED DC.
Tuy nhiên, nguồn dòng điện xoay chiều (AC) có thể được sử dụng để điều khiển hệ thống chiếu sáng LED. Đèn LED AC là đèn LED hoạt động trực tiếp từ điện áp đường dây AC thay vì sử dụng trình điều khiển để chuyển đổi điện áp đường dây thành nguồn điện một chiều (DC). Một chip LED AC có nhiều đơn vị LED được hình thành trên một chip và được lắp ráp thành một vòng mạch hoặc cầu Wheatstone để được sử dụng trực tiếp trong trường dòng điện xoay chiều. Đèn LED AC còn được gọi là đi-ốt phát quang điện áp cao (đèn LED HV) vì nó không có thành phần điều khiển chuyển đổi dòng điện và có thể được sử dụng trực tiếp trong nguồn điện lưới có điện áp cao (220 V ở Châu Âu hoặc 110 V ở Hoa Kỳ ) và dòng điện xoay chiều (AC).
Đèn điện LED điển hình bao gồm một mạch điều khiển phức tạp, có thể làm tăng chi phí sản xuất, giảm đáng kể tuổi thọ vận hành, kém linh hoạt trong thiết kế do khối lượng tăng lên với các mạch điều khiển và điều chỉnh độ sáng bổ sung, hiệu suất điện năng thấp và độ ổn định của hệ thống.
Sự ra đời của các mạch điều khiển trong hệ thống chiếu sáng DC LED mang lại nhiều tác dụng phụ. Trước hết, tuổi thọ của mạch điện tử ít hơn đáng kể so với đèn LED. Ngoài ra, do các đặc tính tải đầu vào của đèn LED không cố định trong suốt vòng đời của đèn LED mà thay đổi theo độ tuổi và điều kiện môi trường, nên khả năng tương thích giữa đèn LED và trình điều khiển của nó cuối cùng có thể kém đi và do đó dẫn đến hiệu suất của đèn LED không ổn định. Bộ chuyển đổi năng lượng làm giảm hiệu quả của thiết bị phát sáng. Tổn thất điện năng vốn có của bộ chuyển đổi năng lượng như vậy làm giảm hiệu quả tổng thể của nguồn sáng. Mạch điều khiển có thể bao gồm các thành phần như tải điện trở, cuộn dây cảm ứng, tụ điện, bóng bán dẫn chuyển mạch, đồng hồ và những thứ tương tự để điều chỉnh các tham số hoạt động. Trong quá trình hoạt động, đèn LED và trình điều khiển LED của chúng gặp phải một số tổn thất ký sinh bao gồm nhiệt, độ rung, nhiễu tần số vô tuyến hoặc điện từ, tổn thất chuyển mạch, v.v. Theo thời gian, các yếu tố môi trường và tổn thất do ký sinh trùng có thể dẫn đến giảm hiệu suất hoạt động của đèn LED khiến chúng không thể đáp ứng các yêu cầu vận hành.
Đối với đèn LED AC, không cần thêm máy biến điện áp hoặc bộ chỉnh lưu và đèn LED AC có thể hoạt động bằng cách đặt trực tiếp dòng điện xoay chiều. Do đó, chi phí của đèn LED AC giảm khi so sánh với đèn DC và các vấn đề về chất lượng liên quan đến mạch được giảm thiểu. Đặc biệt, nhiễu điện từ (EMI) không còn là mối lo ngại nữa vì nguồn điện tuyến tính không yêu cầu hoạt động chuyển đổi tần số cao. Việc chuyển đổi thành dòng điện một chiều có điện áp thấp hơn là không cần thiết, do đó cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng xảy ra trong các máy biến áp. Bộ biến đổi công suất làm giảm hệ số công suất và tăng độ méo hài tổng của dòng điện. Hiệu quả vốn có của thiết kế AC-direct giúp có thể đạt được hệ số công suất cao trên 0.9 mà không cần điều hòa công suất bổ sung hoặc mạch hiệu chỉnh hệ số công suất. Một lợi ích nữa của cấu hình AC LED là khả năng điều chỉnh độ sáng toàn dải nội tại của nó mà không cần dùng đến mạch điều chỉnh độ sáng. Một trong những tính năng cốt lõi của phương pháp tiếp cận AC LED là khả năng tương thích với bộ điều chỉnh độ sáng cắt theo pha (triac). Người ta thường mong muốn triển khai đèn LED có chức năng làm mờ để mang lại hiệu suất ánh sáng khác nhau.
Tuy nhiên, vẫn còn một thách thức về cải tiến trong sản xuất đèn LED AC. Ánh sáng được tạo ra bởi các đèn LED AC được điều khiển từ nguồn điện lưới AC có thể gây ra hiện tượng nhấp nháy quang học ở mức độ cao không thể chấp nhận được, do hậu quả của sự thay đổi nhanh chóng về phân cực ở tần số điện lưới. Hiện tượng nhấp nháy này có thể gây khó chịu, đặc biệt khi nói đến các ứng dụng chiếu sáng trong nhà. Có thể khắc phục sự cố nhấp nháy bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu và tụ điện, đây là những thành phần điển hình trong trình điều khiển đèn LED DC. Ngoài ra, đèn LED có mạch điều khiển có thể được thiết kế để chuyển đổi điện áp nguồn AC, trong phạm vi rộng (ví dụ: 100-277V), thành điện áp tải có thể không đổi và dòng điện tải có thể không đổi. Đèn LED AC chỉ có thể chấp nhận một dải điện áp đầu vào hẹp, chẳng hạn như 220-240V, giới hạn hoạt động của chúng trong các ứng dụng có dao động điện áp triệt để.
Đèn LED được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều tạo ra tải phi tuyến tính. Do tính phi tuyến tính, đèn LED được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều có thể có hệ số công suất thấp hơn và có thể có độ méo hài tổng cao hơn. Hệ số công suất của hệ thống điện xoay chiều (AC) được mô tả là tỷ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến chạy trên tải.
