偉大なアメリカ人実業家であり、電球の発明家であるトーマス・アルバ・エジソンはかつて「電気を非常に安くして、金持ちだけがろうそくを燃やす」と言っていました。小さな家から舗装された道路、大きな産業まで、太陽が沈んだ後、ACライトが私たちの環境を照らしているのに気付くことができます。以前の照明システムは、白熱電球、コンパクト蛍光電球（CFL）などのさまざまな種類の電球を採用していましたが、今日、LEDライト技術の進歩により、これらの白熱電球とCFL電球はすぐにLEDライトに置き換えられています。世界のLED照明市場は、2018年に455.7億米ドルの規模で、長期にわたる成長を遂げています。
LEDライトは白熱電球よりもほぼ90％効率的であり、他のAC電球よりも寿命が長いことが知られていますが、それでも1つの後退に悩まされています。つまり、LEDライトはDC電圧で駆動されますが、主電源はすべてACです。これにより、設計者は、AC-DCコンバーターの一種であるLEDドライバーと呼ばれる追加のコンポーネントを使用するようになりました。このドライバーは、AC電源を主電源から適切なDC電圧に変換して、LEDライトに電力を供給します。しかし、その後、外部ドライバーモジュールなしでACメインに直接接続できるACドライバーレスLED電球が導入されました。この記事では、ドライバーレスLEDシステムとその進化について詳しく学びます。
なぜドライバーレスLEDシステムなのか？
従来の高電力ACからDCへのスイッチングLEDドライバの主な問題は、それに関連する電力損失です。これらの従来のACLEDドライバは、スイッチングトポロジと抵抗を使用してLED電流を制御します。このスイッチングにより熱が発生し、システムの効率が低下します。また、この追加の回路は、電球の全体的なコストの増加につながります。これが、前回の記事で低コストのLEDドライバーシステムについて説明し、そのパフォーマンスをテストするために構築した理由です。
AC LEDドライバーのもう1つの大きな問題は、ちらつきの影響です。私たちのほとんどが気づいたように、古いLEDドライバ回路にはちらつき効果があります。最大の場合、これらの従来のAC LEDドライバ回路は、電力線の2倍の周波数で半正弦波を使用します。つまり、50 Hzの周波数の電力線では、人間の目で検出できるほぼ100回のフリックが発生し、有害です。これは排除する必要があります。そのため、スイッチングトポロジを使用する従来のAC-DCコンバータの代わりに、いくつかの受動部品を使用する最新のテクノロジが導入されています。
無人ACLEDライト-動作中
無人LEDシステムには、ACLEDライトエンジンと呼ばれるものがあります。しかし、AC LEDライトエンジンとは何ですか？一般に、エンジンは、ある形式のエネルギーを別の形式に変換するために使用されます。たとえば、モーターエンジンは、燃料によって生成された熱をシャフトの動きに変換するために使用されます。同様に、AC LEDライトエンジンは、電気エネルギーを光のルーメンに変換するために使用されます。
AC LEDライトエンジンは、すべての電気接続を備えたLEDチップが取り付けられた機械的な固定具または回路基板です。ACソケットに簡単に固定できる既製の光源です。これは、LED電球が他の従来のランプの直接の代替品として機能するのに役立ちます。
このACLEDの開発にはいくつかの段階があります。それは、LEDの合計順方向電圧を最大AC入力電圧と一致させるために、標準のLEDを直列に接続することから始まりました。ドライバーなしでこれらのLEDを点灯させるのは良い考えのように聞こえますが、成功しませんでした。この設計には大きな欠点があります。ACはサイクルごとに極性を正から負に変更します。これにより、正のサイクルごとにLEDが順方向にバイアスされます（オンになります）が、負のサイクルごとにLEDが逆方向にバイアスされます。それらはオフになります。
第一世代の無人LED
では、解決策は何ですか？このとき、下の画像のように、LEDの各セグメントが逆平行ペアに置き換えられた第1世代の無人ACLEDライトが導入されました。
上の画像では、LEDは逆平行に接続されています。すべての正のサイクルで、ペアの一方が順方向にバイアスされ、もう一方が逆方向にバイアスされますが、負のサイクルでは、状態が変化し、他のLEDが点灯します。ここでの電流は、単一の高電力抵抗R1によって制限されます。
回路のプラス面は効率です。効率は非常に高いです。回路を通過する同相の電流と電圧の波形は、高い力率を生み出します。しかし、上記のプラス面にもかかわらず、第1世代の無人LEDライトエンジンは故障です。これは、フリッカーインデックスが低く、LEDの数が必要以上に多いためです。人間の目で簡単に検出できるフラッシュ効果を生み出し、使用済みLEDの半分は常にオフのままです。
第2世代の無人LED
この欠点から、第2世代の無人ACLEDエンジンが開発されました。今回の目標は、LEDの数を減らすことです。ACがDCに変換された場合にのみ可能です。そのため、ブリッジ整流ダイオードは、第2世代の無人ACLEDライトエンジンに含まれています。整流ダイオードを除いて、回路内のすべては変更されていません。
前と同じように、抵抗R1がLED電流を制御しています。これで、負と正の両方のサイクルがLEDを通過し、両方のサイクルの間、LEDがオンのままになります。
第3世代の無人LED
効率を高め、フリッカーインデックスを向上させるために、第3世代のACLEDエンジンが導入されました。電力線電圧がLED電圧と同じである特定のレベルにLEDを個別に制御できる回路にスイッチングコントローラが追加されています。電流制限機能は統合スイッチングコントローラでも利用可能であり、外部コンポーネントを使用して再構成できます。このような回路は、ほぼ80％の効率と.30〜0.35のフリッカーインデックスを提供できます。
第4世代の無人LED
第4世代の無人ACLEDエンジンでは、コントローラーが不要になり、製造コストを補うために受動部品が使用されます。また、力率が高くフリッカー指数が高いため、効率が優れています。
この回路は、容量制限電流パルスと抵抗制限電流パルスの2つの独立した電流パルスで動作します。これらの電流パルスは、LEDストリングが線間電圧の半サイクルごとに2つの電流パルスを取得するようにLEDストリングに供給されます。下の画像は、第4世代の低電力ドライバーレスACLEDライトエンジン回路です。
上記の回路の動作は非常に興味深いものです。入力ACの最初の半サイクル中に、電流は抵抗R1を通過し、最終的にコンデンサC1を充電し、2番目のLEDストリングを介してブリッジ整流ダイオードに戻り、コンデンサC2を充電して抵抗R2を通過します。負のピークの間、コンデンサC4はC1とC2を対応して放電し、2番目のストリングに電流を流します。そのため、各サイクルで、LEDストリングを点灯するために必要な電流が完全に抵抗を流れるわけではありません。全電流のほぼ40〜50％が抵抗器を通過し、熱放散を減らすことで効率を最大90％向上させます。
LEDの入力波形と入力AC電圧は下の画像で見ることができます。
上のグラフは、入力電圧、左側のLEDストリング電流、および右側のLEDストリング電流の3つのプロットを示しています。230Vの線間電圧では、LEDストリングが交互に点灯します。これは、ミリ秒の範囲で非常に高速な遷移です。
無人LEDライト技術の利点
1.これらの無人LEDライトは製造が簡単です。コストが削減され、メンテナンスが非常に少なくて済みます。
2.フリッカーインデックスが改善されているため、ハイベイライトで使用できます。また、オフィス、部屋、教育部門では、無人のACLEDライトが使用されています。
3. LEDドライバーを取り外すと、形状変更機能が有効になります。LED製品はさまざまな形やサイズで作ることができます。
4.簡単で迅速な設置は、無人ACLEDライトのもう1つの優れた機能です。
無人LEDライトのメーカー
無人ACLEDライトは、今日、ホットケーキのように販売されています。さまざまなメーカーが、さまざまな種類の無人ACLEDテクノロジーを製造しています。中国は無人ACLEDライトの大手サプライヤーの1つです。ただし、順方向電圧が非常に高く、ルーメンが高いLEDも、いくつかの企業によって製造されています。順方向電圧の高いLEDは、無人ACLEDシステムのコンポーネント数を少なくします。このセグメントで人気のある無人ACLEDメーカーは、Cree、LUMILEDS、SAMSUNG、NMB Technologies、Opulentなどです。