CN107944209A - 一种计算光伏逆变器元器件igbt工作温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，基于能量守恒定律，采用传热学原理及结温与热阻原理并通过循环迭代的方法建立外部环境温度、输入功率与IGBT损耗及温升的数学关系式，利用EXCEL中循环迭代功能计算得到逆变器大功率元器件在不同环境温度、不同输入功率下的壳温、结温。本发明预测的不同环境温度、不同输入功率状态下IGBT的工作温度与实际测量的温度误差在±8%以内，用来预测高低温环境、高低负载比下光伏逆变器大功率元器件的工作温度，为评估逆变器可靠性提供理论依据。

Description

一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法

技术领域

本发明涉及一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，属于光伏逆变器可靠性技术领域。

背景技术

逆变器作为光伏发电系统的核心设备，对最终并入电网的发电量起着决定性作用，而数据表明在大型光伏电站中逆变器失效率达40.29×10^-6/h(相比光伏组件0.0152×10^-6/h)，位居光伏系统各组成模块榜首，逆变器即是整个光伏发电系统的关键环节又是薄弱环节。而影响逆变器可靠性主要因素为热与温升。

Perpina X.等人分析了绝缘栅双极晶体管(IGBT)功率模块内不均匀温度分布对铁路电力逆变器可靠性的影响，考虑了所选择的冷却系统与功率模块之间的相互作用，还提到必须确保IGBT模块的温度波动不超过某一临界值。RistowA.等人提出了光伏逆变器温度评估的简化模型，描述了逆变器空间的温度上升与入射辐照度的线性函数，在提升逆变器可靠性方面提出了借助数据库进行预测逆变器的温度。Nicolae C.等人通过比较美国和丹麦两地不同的太阳辐照和温度条件下的逆变器可靠性，来建立寿命模型。国外已对逆变器的可靠性做了大量研究，但是都没有具体分析不同外部条件下对温升的影响。

在光伏系统实际运行过程中，光伏逆变器内元器件温度可能会出现偏高现象，导致逆变器转换效率降低或者直接出现故障，对光伏系统运行安全性和可靠性造成威胁。通过理论方法来计算逆变器高低温及高低负载情况下大功率元器件的实际温度对考虑逆变器的散热问题很有帮助。因此，提出计算不同环境温度、不同输入功率下光伏逆变器大功率元器件IGBT工作温度的方法，对判断光伏逆变器内大功率元器件的温度是否过高，特别是夏季，从而及时采取合理散热来保证可靠性具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，基于能量守恒定律与热阻原理，对不同环境温度、不同输入功率下逆变器内大功率元器件工作温度进行计算，为评估逆变器可靠性提供理论依据。

未达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，包括以下步骤：

1)对于稳定的元器件功耗P，由稳态热阻R_θ定义可知：

R_θ＝ΔT/P (1)

其中，P为器件功率耗，R_θ为稳态热阻，ΔT为温度差；

当功率消耗与功率耗散相等时，IGBT稳态结温与IGBT总损耗的关系式，壳温与IGBT总损耗的关系式如下：

所述IGBT稳态结温与IGBT总损耗的关系式为：

T_j＝P_d×R_θ,jc+T_c (2)

所述壳温与IGBT总损耗的关系式为：

T_c＝P_d×R_θ,cs+T_s (3)

其中，

T_s＝P_d,sa×R_θ,sa+T_a (4)

其中，T_j为结温，T_a为环境温度，P_d为IGBT总损耗，R_θ,jc为管芯至管壳热阻，T_c为壳温，R_θ,cs为管壳至散热器间的接触热阻，R_θ,sa为散热器至环境的热阻，T_s为散热器温度，P_d,sa为散热器上总损耗，R_θ,jc参照出厂参数；

2)计算从散热器至环境的热阻值R_θ,sa以及管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs；

3)求解IGBT总损耗，所述IGBT总损耗包括通态损耗和开关损耗，即：

P_d＝P_cond+P_sw (15)

其中，P_d为IGBT总损耗，P_cond为通态损耗，P_sw为开关损耗；

4)通过循环迭代的方法最终确定IGBT总损耗P_d、壳温T_c与结温T_j。

前述的步骤2)中散热器至环境的热阻值R_θ,sa的计算方法如下：

散热器上总损耗P_d,sa即为逆变器整机总损耗P_tot，则通过一次实验测得散热器温度T_s和环境温度T_a，即求得散热器至环境的热阻：

其中，

P_tot＝P_in-P_out＝I_in×U_in-I_out×U_out (5)。

其中，P_in为逆变器实际运行状态下测得的直流输入功率；P_out为逆变器实际运行状态下测得的交流输出功率；I_in、U_in为逆变器直流输入电流、电压；I_out、U_out为逆变器交流输出电流、电压。

前述的步骤2)中，管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs的计算方法如下：

2-1)根据实验测得T_c、T_s的值，先将IGBT总损耗P_d定义为0，根据公式(2)求得结温T_j；

2-2)将结温T_j代入IGBT总损耗P_d的计算式式(15)中，求得IGBT总损耗P_d；

2-3)用求得的IGBT总损耗再次代入公式(3)和公式(2)中，分别求得管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs及结温；

2-4)循环步骤2-2)-2-3)，直至求得的IGBT总损耗P_d不再发生改变，此时的R_θ,cs即为所求值。

前述的步骤3)中，通态损耗是指IGBT导通过程中，由于导通压降所产生的损耗；

所述通态损耗的计算过程如下：

3-1)导通压降U_ce(t)用下式表示：

U_ce(t)＝U_ce0+r_ce×I_c (8)

其中，r_ce为通态电阻，U_ce0为门槛电压，I_c为集电极电流；

3-2)单个IGBT通态损耗P_cond是对半个电网周期内对所有通态过程进行积分，计算公式如下：

其中，i_c(t)为实际电流，D(t)为占空比，T为周期；

具体展开为：

其中，P_cond为通态损耗，K_{v_Tr}为IGBT导通压降的温度系数，K_{r_Tr}为IGBT通态电阻的温度系数，r_{ce_25℃}为25℃时的通态电阻，V_{ce_25℃}为25℃时IGBT集电极到发射极的开路电压，M为逆变器调制比，为逆变器功率因数，I_out为逆变器交流输出电流，T_j为结温，T为电网周期。

前述的步骤3)中，开关损耗含开通损耗和关断损耗，

所述开关损耗的计算过程为：

4-1)一次开通和关断的能量损耗如下：

其中，E_on为开通一次的能量损耗；E_off为关断一次的能量损耗；E_{on_nom}为额定电流和额定电压下IGBT开通一次损失的能量；E_{off_nom}为额定电流和额定电压下IGBT关断一次损失的能量；U_dc为直流母线电压；I_nom为额定工作电流；U_nom为额定工作电压；I_p为逆变器工作状态下输出电流的峰值；

4-2)累加电网周期内所有开关过程中的开通损耗及关断损耗之和，即为整个过程所产生的开关损耗，如下式：

具体展开为：

其中，P_sw为开关损耗，f_sw为IGBT的工作频率，I_out为逆变器交流输出电流，

K_{sw_Tr}为IGBT开关损耗影响的温度系数，T为电网周期。

前述的步骤4)的循环迭代过程如下：

41)定义结温T_j、壳温T_c的初始值与环境温度一致，将初始结温代入公式(15)计算IGBT总损耗P_d；

42)将求得的IGBT总损耗P_d以及步骤2)求得的管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs代入公式(3)计算壳温T_c；

43)将步骤42)计算的壳温T_c以及步骤41)计算的IGBT总损耗P_d代入公式(2)中计算结温T_j；

44)将步骤43)求得的结温T_j代入公式(15)计算IGBT总损耗P_d；

45)循环步骤42)-44)，直至结温数值不再发生改变，得出最后壳温T_c与结温T_j。

前述的循环迭代过程通过excel实现。

本发明所达到的有益效果为：

通过本发明方法预测的在不同环境温度、不同输入功率下IGBT的工作温度与实际测量的温度误差在±8％以内，本发明可以用来预测高低温环境、高低负载比下光伏逆变器大功率元器件的工作温度，为评估逆变器可靠性提供理论依据。

附图说明

图1是本发明的光伏逆变器IGBT工作温度计算方法的流程图；

图2是逆变器运行状态内部红外图；

图3是实施例中IGBT温度情况；图3(a)为不同环境温度满负载下IGBT温度值；图3b为不同环境温度满负载下IGBT温升变化图；

图4是实施例中不同负载下IGBT温升图；图4(a)为环境温度20℃下不同负载下IGBT温升图；图4(b)为环境温度50℃不同负载下IGBT温升图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的计算不同环境温度、不同输入功率下光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，如图1所示，通过以下方式实现：

对于稳定的元器件功耗P，由稳态热阻R_θ定义可知：

R_θ＝ΔT/P (1)

其中，P为器件功耗，W；R_θ为稳态热阻，℃·W^-1；ΔT为温度差。

当功率消耗与功率耗散相等时IGBT的稳态结温T_j，壳温T_c，散热器温度T_s分别为：

T_j＝P_d×R_θ,jc+T_c (2)

T_c＝P_d×R_θ,cs+T_s (3)

T_s＝P_d,sa×R_θ,sa+T_a (4)

其中，P_d为IGBT总损耗，T_a为环境温度，R_θ,jc为管芯至管壳热阻；R_θ,cs为管壳至散热器间的接触热阻；R_θ,sa为散热器至环境的热阻；P_d,sa为散热器上总损耗。

本发明考虑的逆变器的散热片位于整机集成电路板后部，根据能量守恒定律，所有的能量将通过散热片散发出去，散热器上总损耗即为逆变器整机总损耗P_tot，即：

P_tot＝P_in-P_out＝I_in×U_in-I_out×U_out (5)。

其中，P_in为逆变器实际运行状态下测得的直流输入功率；P_out为逆变器实际运行状态下测得的交流输出功率；I_in、U_in为逆变器直流输入电流、电压；I_out、U_out为逆变器交流输出电流、电压。

通过一次实验测得散热器温度T_s和环境温度T_a，可以求得散热器至环境的热阻为：

最终计算求得散热器至环境的热阻为：R_θ,sa＝0.0733℃·W^-1

同理可以列出管壳至散热器间的接触热阻：

根据求得的R_θ,sa、R_θ,cs和参考datasheet提供的R_θ,jc可以列出温升与损耗的关系式，以便求出不同温度、不同负载下的温度值。

但是由于IGBT损耗P_d无法确定，不能直接求出R_θ,cs，要利用循环迭代的方法最终确定IGBT损耗以及管壳至散热器间的接触热阻。具体为，根据实验测得T_c、T_s为已知量，先将损耗P_d定义为0，根据(2)式求出T_j，再将T_j代入(15)求得损耗，最后用求得的损耗再次代入(3)、(2)，求得R_θ,cs及结温，循环求解，直至求得的损耗值P_d不再发生改变，此时的R_θ,cs即为所求值，利用excel循环迭代的方法可以方便快捷地确定IGBT损耗P_d以及管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs

对于结温无法直接测量得到，管芯至管壳热阻R_θ,jc可以参照出厂参数。

逆变器内功率元器件IGBT的损耗主要由通态损耗和开关损耗组成，对每一部分损耗分别考虑，即可求得总损耗。

通态损耗是指IGBT导通过程中，由于导通压降所产生的损耗。与导通压降U_ce、通态电阻r_ce、结温T_j有关。

根据出厂参数提供的测试曲线可以将导通压降近似用下式表示：

U_ce(t)＝U_ce0+r_ce×I_c (8)

其中，通态电阻r_ce定义为近似拟合直线斜率的倒数，U_ce0为门槛电压，I_c为集电极电流。

单个IGBT通态损耗是对半个电网周期内对所有通态过程进行积分(正半周波或负半周波)，所以单个IGBT通态损耗计算如下式：

其中，i_c(t)为实际电流，D(t)为占空比，T为周期，

具体展开为：

其中，考虑了温度对IGBT导通压降的影响，温度系数为K_{v_Tr}，℃^-1；考虑了温度对IGBT通态电阻的影响，温度系数为K_{r_Tr}；r_{ce_25℃}为25℃时的通态电阻；V_{ce_25℃}为25℃时IGBT集电极到发射极的开路电压(导通压降)；M为逆变器调制比；为逆变器功率因数；I_out为逆变器交流输出电流。

逆变器开关损耗包含开通损耗和关断损耗两部分，与开关频率f_sw有关。随着功率元器件开关频率的提升，开关损耗也随之增加。通常器件开通损耗和关断损耗的计算方法为对将电流电压相乘再对时间进行积分。一次开通和关断的能量损耗如下：

其中，E_on为开通一次的能量损耗；E_off为关断一次的能量损耗；E_{on_nom}为额定电流和额定电压下IGBT开通一次损失的能量；E_{off_nom}为额定电流和额定电压下IGBT关断一次损失的能量；U_dc为直流母线电压；I_nom为额定工作电流；U_nom为额定工作电压；I_p为逆变器工作状态下输出电流的峰值。

累加周期内所有开关过程中的开通损耗及关断损耗之和，即为整个过程所产生的开关损耗，如下式：

具体展开为：

其中，f_sw为IGBT的工作频率；I_out为逆变器交流输出电流；

K_{sw_Tr}为温度对IGBT开关损耗影响的温度系数。

则，单个IGBT的总损耗为通态损耗和开关损耗之和：

P_d＝P_cond+P_sw (15)

选取本逆变器内一款型号为FGA40N65SMD的IGBT进行理论求解，根据出厂Datasheet，主要参数列表如下：

表1 FGA40N65SMD参数表

已求得的散热器至环境的热阻R_θ,sa＝0.0733℃·W^-1，可以计算得出散热器温度T_s的一般式子，由于结温T_j和壳温T_c都会受到损耗的影响，而损耗又受结温影响，不能直接求得，运用循环迭代的方法求得：R_θ,cs＝0.4℃·W^-1。

将IGBT总损耗P_d代入公式(2)和(3)中，由于结温T_j与总损耗P_d相互影响的关系，需通过循环迭代的方法最终确定损耗P_d、壳温T_c和结温T_j，具体循环迭代过程如下：

41)定义结温T_j、壳温T_c的初始值与环境温度一致，将初始结温代入公式(15)计算IGBT总损耗P_d；

42)将求得的IGBT总损耗P_d以及步骤2)求得的管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs代入公式(3)计算壳温T_c；

43)将步骤42)计算的壳温T_c以及步骤41)计算的IGBT总损耗P_d代入公式(2)中计算结温T_j；

44)将步骤43)求得的结温T_j代入公式(15)计算IGBT总损耗P_d；

45)循环步骤42)-44)，直至结温数值不再发生改变(直接应用excel循环迭代功能)，得出最后壳温T_c与结温T_j。

理论求得-5℃～+60℃环境温度下，此逆变器在满载情况时，内部IGBT的壳温T_c和结温T_j如表2所示。

表2 FGA40N65SMD不同温度下计算温度值

分析不同负载率对温升的影响

负载率σ为输入功率Q_in与逆变器Q_nom额定功率的比值，即：

不同输入功率下对应不同的输入电流，通过改变输入电流大小改变输入功率大小，得到不同条件下实际输出电流有效值I_out，得到不同负载率情况下的温升变化情况，如表3所示。

表3 FGA40N65SMD不同负载下计算温度值(25℃)

实施例

选取型号为GW5000D-NS的固德威单相逆变器进行实验。主要分为两部分：通过室内环境箱试验-25℃～+60℃温度下，逆变器各元器件温升变化与转换效率大小情况；同时，试验低负载逐步加至满载情况下(5％～100％)，逆变器温升变化与转换效率大小情况。

实验使用30根T型热电偶对各个元器件进行粘贴，其中主要有功率元器件IGBT、薄膜电容、Boost电感、继电器、DSP芯片、光耦合器等。对元件进行零下25℃到60℃的温升试验，步长为5℃。

常温状态下，从安全角度考虑，对刚测试完毕的逆变器进行拆机拍摄红外图像，如图2所示，整个逆变器温度最高部分在升压模块及逆变模块输出交流电处，所以对于从逆变电路使用的大功率元器件IGBT进行分析整个逆变器的温升是可行的，其温升处于逆变器的最高部分。

将实验测得的IGBT温升数据与按本发明方法的计算值进行对比，如图3(a)和图3(b)分别为其实际温度值与温升变化图。从图3(b)中可以看出由于通态电阻和开关损耗和温度有正相关系数，温升呈微微上升趋势，但总体变化不大，最高温升与最低温升在1～2℃之间，所以IGBT在满载情况下温升在30左右。实测发现温升受不确定因素干扰，呈波动趋势，但高温下(50℃以上)总体温升略微变小，由于高温状态下实际可能会发生轻微降额(基于本实验所测试的单相小型逆变器，一般集中式高温降额会比较明显)。对于不同负载情况下，如图4(a)和图4(b)所示由于输出电流和损耗呈二次相关性，在低负载情况下温升较低，而高负载情况下(>50％)温升加剧。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对于稳定的元器件功耗P，由稳态热阻R_θ定义可知：

R_θ＝ΔT/P (1)

其中，P为器件功率耗，R_θ为稳态热阻，ΔT为温度差；

当功率消耗与功率耗散相等时，IGBT稳态结温与IGBT总损耗的关系式，壳温与IGBT总损耗的关系式如下：

所述IGBT稳态结温与IGBT总损耗的关系式为：

T_j＝P_d×R_θ,jc+T_c (2)

所述壳温与IGBT总损耗的关系式为：

T_c＝P_d×R_θ,cs+T_s (3)

其中，

T_s＝P_d,sa×R_θ,sa+T_a (4)

其中，T_j为结温，T_a为环境温度，P_d为IGBT总损耗，R_θ,jc为管芯至管壳热阻，T_c为壳温，R_θ,cs为管壳至散热器间的接触热阻，R_θ,sa为散热器至环境的热阻，T_s为散热器温度，P_d,sa为散热器上总损耗，R_θ,jc参照出厂参数；

2)计算从散热器至环境的热阻值R_θ,sa以及管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs；

3)求解IGBT总损耗，所述IGBT总损耗包括通态损耗和开关损耗，即：

P_d＝P_cond+P_sw (15)

其中，P_d为IGBT总损耗，P_cond为通态损耗，P_sw为开关损耗；

4)通过循环迭代的方法最终确定IGBT总损耗P_d、壳温T_c与结温T_j。

2.根据权利要求1的一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，其特征在于，所述步骤2)中散热器至环境的热阻值R_θ,sa的计算方法如下：

散热器上总损耗P_d,sa即为逆变器整机总损耗P_tot，则通过一次实验测得散热器温度T_s和环境温度T_a，即求得散热器至环境的热阻：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>s</mi> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>a</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，

P_tot＝P_in-P_out＝I_in×U_in-I_out×U_out (5)。

其中，P_in为逆变器实际运行状态下测得的直流输入功率；P_out为逆变器实际运行状态下测得的交流输出功率；I_in、U_in为逆变器直流输入电流、电压；I_out、U_out为逆变器交流输出电流、电压。

3.根据权利要求1的一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，其特征在于，所述步骤2)中，管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs的计算方法如下：

2-1)根据实验测得T_c、T_s的值，先将IGBT总损耗P_d定义为0，根据公式(2)求得结温T_j；

2-2)将结温T_j代入IGBT总损耗P_d的计算式式(15)中，求得IGBT总损耗P_d；

2-3)用求得的IGBT总损耗再次代入公式(3)和公式(2)中，分别求得管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs及结温；

2-4)循环步骤2-2)-2-3)，直至求得的IGBT总损耗P_d不再发生改变，此时的R_θ,cs即为所求值。

4.根据权利要求1的一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，其特征在于，所述步骤3)中，通态损耗是指IGBT导通过程中，由于导通压降所产生的损耗；

所述通态损耗的计算过程如下：

3-1)导通压降U_ce(t)用下式表示：

U_ce(t)＝U_ce0+r_ce×I_c (8)

其中，r_ce为通态电阻，U_ce0为门槛电压，I_c为集电极电流；

3-2)单个IGBT通态损耗P_cond是对半个电网周期内对所有通态过程进行积分，计算公式如下：

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>T</mi> </mfrac> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mi>O</mi> <mfrac> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </mfrac> </msubsup> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mi>D</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，i_c(t)为实际电流，D(t)为占空比，T为周期；

具体展开为：

其中，P_cond为通态损耗，K_{v_Tr}为IGBT导通压降的温度系数，K_{r_Tr}为IGBT通态电阻的温度系数，r_{ce_25℃}为25℃时的通态电阻，V_{ce_25℃}为25℃时IGBT集电极到发射极的开路电压，M为逆变器调制比，为逆变器功率因数，I_out为逆变器交流输出电流，T_j为结温，T为电网周期。

5.根据权利要求1的一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，其特征在于，所述步骤3)中，开关损耗含开通损耗和关断损耗，

所述开关损耗的计算过程为：

4-1)一次开通和关断的能量损耗如下：

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其中，E_on为开通一次的能量损耗；E_off为关断一次的能量损耗；E_{on_nom}为额定电流和额定电压下IGBT开通一次损失的能量；E_{off_nom}为额定电流和额定电压下IGBT关断一次损失的能量；U_dc为直流母线电压；I_nom为额定工作电流；U_nom为额定工作电压；I_p为逆变器工作状态下输出电流的峰值；

4-2)累加电网周期内所有开关过程中的开通损耗及关断损耗之和，即为整个过程所产生的开关损耗，如下式：

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>f</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>T</mi> </mfrac> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mi>O</mi> <mfrac> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </mfrac> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>13</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

具体展开为：

其中，P_sw为开关损耗，f_sw为IGBT的工作频率，I_out为逆变器交流输出电流，

K_{sw_Tr}为温度对IGBT开关损耗影响的温度系数，T为电网周期。

6.根据权利要求1的一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，其特征在于，所述步骤4)的循环迭代过程如下：

41)定义结温T_j、壳温T_c的初始值与环境温度一致，将初始结温代入公式(15)计算IGBT总损耗P_d；

42)将求得的IGBT总损耗P_d以及步骤2)求得的管壳至散热器间的接触热阻R_θ,cs代入公式(3)计算壳温T_c；

43)将步骤42)计算的壳温T_c以及步骤41)计算的IGBT总损耗P_d代入公式(2)中计算结温T_j；

44)将步骤43)求得的结温T_j代入公式(15)计算IGBT总损耗P_d；

45)循环步骤42)-44)，直至结温数值不再发生改变，得出最后壳温T_c与结温T_j。

7.根据权利要求6的一种计算光伏逆变器元器件IGBT工作温度的方法，其特征在于，所述循环迭代过程通过excel实现。