LED驱动重启保护系统的制作方法

led驱动重启保护系统
技术领域
1.本实用新型涉及系统设计领域，特别是涉及一种led驱动重启保护系统。


背景技术：

2.led是一种能发光的半导体电子元件，这种电子元件早期只能发出低亮度的红光，随着技术的发展及制造工艺的进步，led体现出效率高、使用寿命长、不易破损、开关亮度高、可靠性强等传统光源达不到的性能优点，因此led已广泛使用在照明、显示器、投影等领域。
3.通常情况下，单段线性led驱动中整体的效率由led导通电压和驱动电压决定，满足其中，v
led
为led导通电压，v
in
为输入电压。led驱动电路在重新启动时会由于充电电流过大而导致芯片内部的功率管烧毁，同时在重新启动时led发生的频闪会严重地降低整体效率，也无法有效识别电路的上下电状态。
4.因此，如何防止led驱动电路在重启时烧毁功率管、频闪及无法有效识别电路上下电状态的情况出现已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种led驱动重启保护系统，用于解决现有技术中led驱动电路在重启时容易导致功率管烧毁、发生频闪及无法有效识别电路上下电状态的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种led驱动重启保护系统，所述led驱动重启保护系统至少包括：重启保护模块、驱动模块、检测模块、补偿模块、充放电模块、储能电容及led负载，其中：
7.所述led负载的正极连接母线电压；
8.所述驱动模块连接于所述led负载的负极，用于对所述led负载进行恒流驱动；
9.所述储能电容的上极板连接所述母线电压，下极板连接所述充放电模块；
10.所述检测模块连接所述驱动模块，用于检测所述led负载的负极电压；
11.所述补偿模块连接于所述检测模块的输出端，基于所述检测模块的输出信号产生相应的补偿电流及补偿电压；当母线电压下电，所述补偿模块产生溢出信号；
12.所述充放电模块连接于所述储能电容的下极板及所述补偿模块的输出端，基于所述补偿电流调整所述储能电容的充放电电流；
13.所述重启保护模块连接所述补偿模块、所述充放电模块及所述驱动模块，当所述母线电压下电且接收到所述溢出信号时，所述重启保护模块将所述补偿模块重置，并限制所述充放电模块的电压，进而关断所述储能电容的电流，限制所述驱动模块的电压，进而关断所述led负载的电流；当所述母线电压重新上电时，所述重启保护模块将所述补偿模块解锁以启动所述充放电模块，进而启动所述储能电容并使所述led负载保持关断状态，待所述
母线电压稳定，启动所述驱动模块，进而启动所述led负载。
14.可选地，所述led驱动重启保护系统还包括整流模块，所述整流模块对交流电进行整流得到所述母线电压。
15.可选地，所述充放电模块包括：第一运算放大器、第一功率管、第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中：所述第一电阻的一端连接所述母线电压，另一端经由所述第二电阻连接所述第一功率管的源极；所述第一运算放大器的同相输入端接收所述补偿电流，反相输入端连接所述第一电阻与所述第二电阻的连接节点；所述第一功率管的栅极连接于所述第一运算放大器的输出，漏极连接于所述储能电容的下极板，源极经由所述第三电阻接地。
16.可选地，所述led驱动重启保护系统还包括所述功率调节模块，所述功率调节模块连接于所述母线电压与所述充放电模块之间，用于调节所述led驱动重启保护系统的功率因数。
17.可选地，所述驱动模块包括：第二运算放大器、第二功率管及第四电阻，其中，所述第二功率管的漏极与所述led负载的负极相连，源极经由所述第四电阻接地；所述第二运算放大器的反相输入连接所述第二功率管的源极，同相输入接收第一参考信号，输出端连接所述第二功率管的栅极。
18.可选地，所述重启保护模块包括：准备单元、电压翻转单元、复位单元、第一与门、第二与门、第三与门、第一触发器、第二触发器、第一下拉单元、第二下拉单元及非门，其中，
19.所述电压翻转单元接收所述母线电压，基于所述母线电压的上下电状态输出相应的翻转控制信号；所述非门连接于所述电压翻转单元的输出端；所述第一与门接收所述非门输出信号及所述溢出信号；所述第一触发器的输入端接地，时钟端连接于所述第一与门的输出端；所述第二触发器的输入端连接供电电压，复位端连接所述第一触发器的输出端，时钟端连接于所述电压翻转单元的输出端；
20.所述准备单元连接于所述第二触发器的输出端并接收所述补偿电压，基于所述第二触发器的输出及所述补偿电压产生第一准备信号及第二准备信号，当所述母线电压上电时，所述第一准备信号及所述第二准备信号有效；
21.所述复位单元的输入连接于所述准备单元的输出端，输出端与所述第一触发器的复位端连接，当所述第一准备信号及所述第二准备信号有效时，对所述第一触发器进行复位；
22.所述第二与门的输入端连接于所述准备单元的输出端及所述第一触发器的输出端，当所述母线电压下电时，对所述补偿模块重置，当所述母线电压上电时，对所述补偿模块解锁；
23.所述第一下拉单元连接于所述第一触发器的输出端，当所述母线电压下电时，限制所述充放电模块的电压，进而关断所述储能电容的电流；当所述母线电压重新上电时，启动所述充放电模块，进而启动所述储能电容；
24.所述第三与门的输入端连接于所述准备单元的输出端及所述第一触发器的输出端，输出端与所述第二下拉单元连接，当所述母线电压下电时，限制所述驱动模块的电压，进而关断所述led负载的电流；当所述母线电压重新上电时，使所述led负载保持关断状态，待所述母线电压稳定后启动所述驱动模块，进而启动所述led负载。
25.可选地，所述准备单元包括：探测组件、第三运算放大器、第一或门、第五电阻及第
三触发器，其中，所述探测组件连接供电电压，并输出所述第二准备信号；所述第三运算放大器的同相输入接收所述补偿电压，反相输入连接第一参考电压，基于所述第二准备信号使能所述第三运算放大器；所述第一或门的输入端连接于所述第二触发器的输出端及所述探测组件的输出端；所述第三触发器的输入端经所述第五电阻与供电电压相连，时钟端连接于所述第三运算放大器的输出，复位端连接于所述第一或门的输出，输出所述第一准备信号。
26.可选地，所述电压翻转单元包括：比较器、施密特触发器、延迟组件及切换开关，其中，所述比较器的同相输入端接收所述母线电压的采样信号，反相输入端通过所述切换开关连接第二参考电压或第三参考电压；所述施密特触发器的输入端连接于所述比较器的输出端，输出端连接于所述切换开关的控制端，基于所述母线电压的采样信号对所述第二参考电压或第三参考电压进行切换；所述延迟组件的输入端连接于所述施密特触发器的输出端；所述延迟组件的输入端连接所述比较器的输出端。
27.可选地，所述复位单元包括：第二或门、第四与门及反相延迟组件，其中，所述第四与门的第一输入端接收所述第二准备信号，第二输入端接收所述第一准备信号经所述反相延迟组件的输出信号；所述第二或门的第一输入端与所述第四与门的输出端连接，第二输入端接收所述第一准备信号，输出端输出所述复位信号。
28.本实用新型提供一种led驱动重启保护方法，基于所述led驱动重启保护系统实现，其特征在于，所述led驱动重启保护方法至少包括：
29.当所述母线电压下电且所述补偿模块输出溢出信号时，重置所述补偿模块，并限制所述充放电模块的电压，进而关断所述储能电容的电流，限制所述驱动模块的电压，进而关断所述led负载的电流；
30.当所述母线电压重新上电时，解除对所述补偿模块的重置，启动所述充放电模块，进而启动所述储能电容，并使所述led负载保持关断状态，待所述母线电压稳定后启动所述驱动模块，进而启动所述led负载。
31.如上所述，本实用新型的led驱动重启保护系统，具有以下有益效果：
32.1、在识别出下电直至重新上电的过程中，将补偿模块重置并关断储能电容及led负载的电流，避免led发生频闪，防止系统在重启时烧毁功率管。
33.2、在进行重启保护过程中，不用检测驱动模块进而不需要检测led负载的状态，提高了适用性。
34.3、能够有效识别上下电状态，提高了检测效率及稳定性。
附图说明
35.图1显示为本技术一示例性的led重启保护电路的结构示意图。
36.图2显示为本技术实施例提供的led驱动重启保护系统的结构示意图。
37.图3显示为本技术实施例提供的充放电模块的结构示意图。
38.图4显示为本技术实施例提供的驱动模块的结构示意图。
39.图5显示为本技术实施例提供的重启保护模块的结构示意图。
40.图6显示为本技术实施例提供的准备单元的结构示意图。
41.图7显示为本技术实施例提供的电压翻转单元的结构示意图。
42.图8显示为本技术实施例提供的复位单元的结构示意图。
43.元件标号说明
44.100
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整流模块
45.200
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驱动模块
46.300
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led负载
47.400
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检测模块
48.500
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补偿模块
49.600
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功率调节模块
50.700
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充放电模块
51.800
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重启保护模块
52.801
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电压翻转单元
53.802
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非门
54.803
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第一与门
55.804
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第一触发器
56.805
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第二触发器
57.806
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准备单元
58.807
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复位单元
59.808
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第二与门
60.809
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第一下拉单元
61.810
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第三与门
62.811
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第二下拉单元
63.821
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比较器
64.822
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施密特触发器
65.823
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延迟组件
66.824
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切换开关
67.861
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探测组件
68.862
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第一或门
69.863
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第三触发器
70.871
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第四与门
71.872
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反相延迟组件
72.873
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第二或门
73.900
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储能电容
74.op1
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第一运算放大器
75.op2
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第二运算放大器
76.op3
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第三运算放大器
77.r1
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第一电阻
78.r2
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第二电阻
79.r3
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第三电阻
80.r4
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第四电阻
81.r5
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第五电阻
82.q1
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第一功率管
83.q2
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第二功率管
具体实施方式
84.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
85.请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
86.图1展示了一种led重启保护电路，当下电时，比较器的反相输入端的电压低于参考电压vref，比较器输出为“1”并将d触发器解除重置状态。当补偿模块输出“1”时，d触发器的输出端为“1”，此时与门输出为“1”并将补偿模块重置，因而限制了充放电模块中的功率管的门级电压从而限制了充电电流；当重新上电时，比较器的反相输入端的电压高于参考电压vref时，比较器输出为“0”并将d触发器至于重置状态，与门输出为“0”并将补偿模块解除重置，电路恢复正常工作。
87.从图1可以看出，比较器的反相输入端连接于驱动模块，而驱动模块控制led负载的电流，在重新上电时，由于比较器的反相输入端的电压不停变化，导致led负载的电流频繁变化，从而导致led频闪。
88.因此，本实用新型提出一种led驱动重启保护系统，具体如下：
89.如图2所示，本实施例提供一种led驱动重启保护系统，所述led驱动重启保护系统至少包括：重启保护模块800、驱动模块200、检测模块400、补偿模块500、充放电模块700、储能电容900及led负载300，其中：
90.如图2所示，所述led负载300的正极连接母线电压。
91.具体地，如图2所示，所述led驱动重启保护系统还包括整流模块100，所述整流模块100对交流电进行整流得到所述母线电压。
92.如图2所示，所述驱动模块200连接于所述led负载300的负极，用于对所述led负载300进行恒流驱动。
93.具体地，作为示例，如图4所示，所述驱动模块200包括：第二运算放大器op2、第二功率管q2及第四电阻r4，其中，所述第二功率管q2的漏极与所述led负载300的负极相连，源极经由所述第四电阻r4接地；所述第二运算放大器op2的反相输入连接所述第二功率管q2的源极，同相输入接收第一参考信号vref1，输出端连接所述第二功率管q2的栅极。需要说明，所述驱动模块200还可以采用专用集成电路架构实现，任意能对所述led负载300进行恒流驱动的方案均适用，不以本实施例为限。
94.如图2所示，所述储能电容900的上极板连接所述母线电压，下极板连接所述充放电模块700。需要说明，任意能够进行储能的器件均适用，不以本实施例为限。
95.如图2所示，所述检测模块400连接所述驱动模块200，用于检测所述led负载300的负极电压。需要说明，所述检测模块400包括但不限于传感器，任意能够实现电压检测的器件均适用，不以本实施例为限。
96.如图2所示，所述补偿模块500连接于所述检测模块400的输出端，基于所述检测模块400的输出信号产生相应的补偿电流及补偿电压；当母线电压下电，所述补偿模块500产生溢出信号。需要说明，所述补偿模块500包括但不限于ip核(intellectual property core，用于专用集成电路或现场可编程逻辑门阵列中的预先设计好的电路功能模块)，任意能够实现补偿功能的器件均适用，不以本实施例为限。
97.如图2所示，所述充放电模块700连接于所述储能电容900的下极板及所述补偿模块500的输出端，基于所述补偿电流调整所述储能电容900的充放电电流。
98.具体地，作为示例，如图3所示，所述充放电模块700包括：第一运算放大器op1、第一功率管q1、第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3，其中：所述第一电阻r1的一端连接所述母线电压，另一端经由所述第二电阻r2连接所述第一功率管q1的源极；所述第一运算放大器op1的同相输入端接收所述补偿电流，反相输入端连接所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的连接节点；所述第一功率管q1的栅极连接于所述第一运算放大器op1的输出，漏极连接于所述储能电容900的下极板，源极经由所述第三电阻r3接地。需要说明，所述充放电模块还可以采用ip核(intellectual property core，用于专用集成电路或现场可编程逻辑门阵列中的预先设计好的电路功能模块)，任意能对所述储能电容900的充放电电流进行调整的方案均适用，不以本实施例为限。
99.更具体地，作为示例，如图2所示，所述led驱动重启保护系统还包括所述功率调节模块600，所述功率调节模块600接于所述母线电压与所述充放电模块700之间，用于调节所述led驱动重启保护系统的功率因数。需要说明，所述led驱动重启保护系统还可以采用数字信号处理器或微处理器实现，任意能够进行功率因数调节的器件均适用，不以本实施例为限。
100.如图2所示，所述重启保护模块800连接所述补偿模块500、所述充放电模块700及所述驱动模块200，当所述母线电压下电且接收到所述溢出信号时，所述重启保护模块800将所述补偿模块500重置，并限制所述充放电模块700的电压，进而关断所述储能电容900的电流，限制所述驱动模块200的电压，进而关断所述led负载300的电流；当所述母线电压重新上电时，所述重启保护模块800将所述补偿模块500解锁以启动所述充放电模块700，进而启动所述储能电容900，并使所述led负载300保持关断状态，待所述母线电压稳定，启动所述驱动模块200，进而启动所述led负载300。
101.具体地，作为示例，如图5所示，所述重启保护模块800包括：准备单元806、电压翻转单元801、复位单元807、第一与门803、第二与门808、第三与门810、第一触发器804、第二触发器805、第一下拉单元809、第二下拉单元811及非门802，其中，
102.具体地，作为示例，如图5所示，所述电压翻转单元801接收所述母线电压，基于所述母线电压的上下电状态输出相应的翻转控制信号；所述非门802连接于所述电压翻转单元801的输出端；所述第一与门803接收所述非门802输出信号及所述溢出信号；所述第一触发器804的输入端接地，时钟端y连接于所述第一与门803的输出端；所述第二触发器805的输入端连接供电电压vdd，复位端连接所述第一触发器804的输出端ch1_outq，时钟端x连接
于所述电压翻转单元801的输出端。
103.更具体地，作为示例，如图7所示，所述电压翻转单元801包括：比较器821、施密特触发器822、延迟组件823及切换开关824，其中，所述比较器821的同相输入端接收所述母线电压的采样信号，反相输入端通过所述切换开关824连接第二参考电压vref2或第三参考电压vref3；所述施密特触发器822的输入端连接于所述比较器821的输出端，输出端连接于所述切换开关824的控制端，基于所述母线电压的采样信号对所述第二参考电压vref2或第三参考电压vref3进行切换；所述延迟组件823的输入端连接于所述施密特触发器822的输出端；所述延迟组件823的输入端连接所述比较器821的输出端。需要说明，作为示例，第二参考电压vref2的电压值大于第三参考电压vref3的电压值，上电状态为所述母线电压的采样信号高于第二参考电压vref2，下电状态为所述母线电压的采样信号低于第二参考电压vref3，所述施密特触发器822进行切换，通过所述延迟组件823输出相应的翻转控制信号。需要补充说明，任意能够进行电压翻转的方案均适用，不以本实施例为限。
104.具体地，作为示例，如图5所示，所述准备单元806连接于所述第二触发器805的输出端ch2_outq并接收所述补偿电压，基于所述第二触发器805的输出及所述补偿电压产生第一准备信号及第二准备信号，当所述母线电压上电时，所述第一准备信号及所述第二准备信号有效。
105.更具体地，作为示例，如图6所示，所述准备单元806包括：探测组件861、第三运算放大器op3、第一或门862、第五电阻r5及第三触发器863，其中，所述探测组件861连接供电电压vdd，并输出所述第二准备信号；所述第三运算放大器op3的同相输入接收所述补偿电压，反相输入连接第一参考电压vref1，基于所述第二准备信号使能所述第三运算放大器op3；所述第一或门862的输入端连接于如图5所示的所述第二触发器805的输出端ch2_outq及所述探测组件861的输出端；所述第三触发器863的输入端经所述第五电阻r5与供电电压vdd相连，时钟端连接于所述第三运算放大器op3的输出，复位端连接于所述第一或门862的输出，输出所述第一准备信号。
106.具体地，作为示例，如图5所示，所述复位单元807的输入连接于所述准备单元806的输出端，输出端与所述第一触发器804的复位端连接，当所述第一准备信号及所述第二准备信号有效时，对所述第一触发器804进行复位。
107.更具体地，作为示例，如图8所示，所述复位单元807包括：第二或门873、第四与门871及反相延迟组件872，其中，所述第四与门871的第一输入端接收所述第二准备信号，第二输入端接收所述第一准备信号经所述反相延迟组件872的输出信号；所述第二或门873的第一输入端与所述第四与门的输出端连接，第二输入端接收所述第一准备信号，输出端输出所述复位信号。需要说明，所述复位单元807利用了数字电路中竞争与冒险的特点，利用反相延迟组件872将所述第一准备信号与所述第二准备信号的时间差延长，即扩大竞争效应，从而使所述复位信号以短时脉冲的形式传输给图5所示第一触发器804的复位端。
108.具体地，作为示例，如图5所示，所述第二与门808的输入端连接于所述准备单元806的输出端及所述第一触发器804的输出端ch1_outq，当所述母线电压下电时，对所述补偿模块500重置，当所述母线电压上电时，对所述补偿模块500解锁。
109.具体地，作为示例，如图5所示，所述第一下拉单元809连接于所述第一触发器804的输出端ch1_outq，当所述母线电压下电时，限制所述充放电模块700的电压，进而关断如
图2所示储能电容900的电流；当所述母线电压重新上电时，启动所述充放电模块700，进而启动图2所示储能电容900。
110.具体地，作为示例，如图5所示，所述第三与门810的输入端连接于所述准备单元806的输出端及所述第一触发器804的输出端ch1_outq，输出端与所述第二下拉单元811连接，当所述母线电压下电时，限制所述驱动模块200的电压，进而关断图2中所示led负载300的电流；当所述母线电压重新上电时，使图2中所示led负载300保持关断状态，待所述母线电压稳定启动所述驱动模块200，进而启动图2中所示led负载300。
111.更具体地，作为示例，如图5所示，当所述母线电压下电，所述电压翻转单元801输出的翻转控制信号为“0”，同时所述补偿模块500输出溢出信号，从而所述第一触发器804触发并输出“0”，所述第二与门808输出为“0”，进而所述补偿模块500重置，所述第一下拉单元809通过所述充放电模块700关断图2中所述储能电容900的电流，所述第二下拉单元811通过所述驱动模块200关断图2中所述led负载300的电流。
112.如图5所示，当所述母线电压重新上电，所述电压翻转单元801输出的翻转控制信号为“1”，从而所述第二触发器805触发并输出为“1”，使得图6中第一准备信号为“1”，使图5中所述复位单元807输出的复位信号为“1”，使所述第一触发器804触发并输出“1”，将所述补偿模块500解除重置以启动所述充放电模块700，并保持图2中所述led负载300关断，待所述母线电压稳定再启动所述驱动模块200。
113.作为示例，一种led驱动重启保护方法基于所述led驱动重启保护系统实现，所述led驱动重启保护方法至少包括：
114.如图2所示，当所述母线电压下电且所述补偿模块500输出溢出信号时，重置所述补偿模块500，并限制所述充放电模块700的电压，进而关断所述储能电容900的电流，限制所述驱动模块200的电压，进而关断所述led负载300的电流。
115.如图2所示，当所述母线电压重新上电时，解除对所述补偿模块500的重置，启动所述充放电模块700，进而启动所述储能电容900，并使所述led负载300保持关断状态，待所述母线电压稳定后启动所述驱动模块200，进而启动所述led负载300。
116.更具体地，作为示例，所述led驱动重启保护方法可以采用ip核(intellectual property core，用于专用集成电路或现场可编程逻辑门阵列中的预先设计好的电路功能模块)实现，任意能进行所述led驱动重启保护方法的方案均适用，不以本实施例为限。
117.综上所述，本实用新型的led驱动重启保护系统至少包括：重启保护模块、驱动模块、检测模块、补偿模块、充放电模块、储能电容及led负载，其中：所述led负载的正极连接母线电压；所述驱动模块连接于所述led负载的负极，用于对所述led负载进行恒流驱动；所述储能电容的上极板连接所述母线电压，下极板连接所述充放电模块；所述检测模块连接于所述驱动模块，用于检测所述led负载的负极电压；所述补偿模块连接于所述检测模块的输出端，基于所述检测模块的输出信号产生相应的补偿电流及补偿电压；所述充放电模块连接于所述储能电容的下极板及所述补偿模块的输出端，基于所述补偿电流调整所述储能电容的充放电电流；所述重启保护模块连接所述补偿模块、所述充放电模块及所述驱动模块，当所述母线电压下电且接收到所述补偿模块的溢出信号时，所述重启保护模块将所述补偿模块重置并关断所述储能电容及所述led负载的电流；当所述母线电压重新上电时，所述重启保护模块将所述补偿模块解锁以启动所述充放电模块，并保持所述led负载关断，待
所述母线电压稳定再启动所述驱动模块。
118.本实用新型的led驱动重启保护系统在识别出下电直至重新上电的过程中，可以将储能电容及led负载关断，从而避免了led发生频闪，避免led驱动电路在重启时烧毁功率管。其次，在进行重启保护过程中，不用检测驱动模块进而不需要检测led负载的状态，提高了适用性。最后，能够有效识别上下电状态，提高了检测效率及稳定性。
119.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。