Los LED son dispositivos semiconductores complejos cuyas características eléctricas y térmicas interrelacionadas deben tenerse en cuenta en el diseño del sistema. Como dispositivos impulsados por corriente, los LED deben operar bajo una regulación de corriente constante para mantener su salida constante. Cada LED, sin embargo, tiene una corriente nominal máxima. Superar la capacidad nominal del LED dará como resultado una degradación irreversible del rendimiento y una vida útil más corta. A medida que la densidad de corriente aumenta más allá de un cierto umbral, la eficiencia cuántica interna (IQE) disminuye. La reducción de la eficiencia cuántica a altas corrientes de operación se denomina caída de eficiencia. Una pérdida de eficiencia significa un aumento en la producción de calor residual. La corriente directa a través de la unión del semiconductor del LED puede superar el límite máximo permitido cuando hay un evento de sobretensión o una falla de otra cadena de LED conectada en configuraciones paralelas.
Un controlador de LED que regula la potencia del conjunto de LED de una luminaria de mástil alto está diseñado como una fuente de alimentación conmutada (SMPS). Los controladores SMPS utilizan un regulador de conmutación para transformar la energía rectificada de la fuente de alimentación de CA en una forma de onda pulsada, que luego se suaviza mediante un dispositivo de almacenamiento de energía. Las fuentes de alimentación conmutadas son la única opción viable para aplicaciones de alta potencia, ya que son muy eficientes, permiten un control de atenuación avanzado y tienen capacidad de voltaje de entrada universal. En particular, la eficiencia de un controlador SMPS LED puede llegar al 97 por ciento, lo que es mucho mejor que las fuentes de alimentación lineales. Los reguladores lineales tienen las ventajas de bajo costo, capacidad de controlador a bordo (DOB) y ausencia de interferencia electromagnética (EMI). Estos circuitos controladores se encuentran en algunos productos de gama baja. Sin embargo, este tipo de mecanismo de accionamiento requiere un voltaje de entrada al menos una cantidad mínima mayor que el voltaje de salida deseado. El diferencial de voltaje mínimo entre la entrada y la salida requerido para la regulación simplemente se desecha como calor residual, lo que no solo conduce a una pérdida de energía significativa de alrededor del 20 por ciento, sino que también produce tensiones térmicas sustanciales en los componentes semiconductores coubicados.
Los controladores LED de modo conmutado son técnicamente complejos porque utilizan componentes reactivos, como bobinas oscilantes y condensadores electrolíticos para convertir y almacenar la energía eléctrica. La regulación de conmutación genera ruido de alta frecuencia que debe suprimirse mediante filtros EMI. Los filtros EMI también utilizan componentes reactivos como bobinas de filtrado y condensadores de alto voltaje. El parpadeo puede ser un problema en aplicaciones de iluminación deportiva y eventos nocturnos al aire libre donde se realizan grabaciones y transmisiones de televisión. Se puede agregar un supresor de ondulación al circuito del controlador para reducir la ondulación de la corriente de salida, de modo que no haya efectos estroboscópicos causados por el parpadeo de la fuente de luz ni parpadeo percibido a altas velocidades de cuadro de la cámara. Otro requisito esencial para los controladores LED operados en línea es la corrección del factor de potencia (PFC) que da forma y alinea en el tiempo la corriente de entrada en una forma de onda sinusoidal en fase con el voltaje de la línea. El PFC también se usa para suprimir la distorsión armónica total (THD) causada por cargas eléctricas no lineales.
Un controlador de LED ejecuta una serie de subtareas secuencialmente o en paralelo, incluidas, entre otras, protección contra sobrecorriente, protección contra sobretensión, protección contra sobretemperatura, detección y manejo de corriente cero (ZCD), detección y manejo de pico de corriente, analógico o compensador de voltaje digital y salida de luz constante (CLO). Las luminarias de mástil alto están expuestas a sobretensiones transitorias provocadas por rayos, sobretensiones industriales y de conmutación, o descargas electrostáticas (ESD). Un evento de un solo pulso provocará una falla catastrófica inmediata del LED. En consecuencia, se debe utilizar un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) para suprimir sobretensiones excesivas.
