功率元件广泛应用于临近空间飞行器的动力装置中,一旦发生故障将很可能影响整个飞行器的安全可靠运行。研究功率元件在临近空间低气压条件下的放电规律和绝缘可靠性分析对提升功率元件乃至临近空间飞行器的可靠性水平具有重要意义。本文根据功率元件低气压放电短间隙、低气体密度、低电场强度的特点,借鉴经典放电理论和现代数值仿真的研究思路,建立功率元件低气压条件下空气放电的仿真模型,得到外界因素对低气压放电物理过程的影响规律。根据影响低气压放电的因素较多且互相耦合的特点,采用统计学方法进行功率元件低气压放电多因素耦合分析。考虑影响因素的随机性,用Monte Carlo法抽样得到仿真样本,进行仿真试验,开展可靠性分析。本文的研究为功率元件的可靠性分析和结构优化设计提供支撑,主要研究内容如下:1.结合解析与数值方法建立了功率元件低气压放电模型,此模型考虑温度、湿度、气压、元件尺寸、工作电压等对功率元件绝缘特性的影响,可用于精确计算空气介质绝缘强度和功率元件周围电场强度,针对不同元件结构和环境因素开展的大量有限元分析验证了模型的有效性和通用性。2.在功率元件低气压放电模型的基础上,通过仿真方法分析各因素对低气压放电的影响规律,建立了低气压下空气放电特征量与这些主要因素间的定量关系模型,得到了多因素影响下功率元件低气压放电判据。3.建立了基于Monte Carlo抽样的功率元件绝缘可靠性分析方法。考虑功率元件尺寸的随机性,用Monte Carlo法抽样得到了元件低气压放电仿真试验样本,通过对各个样本进行仿真,得出各个样本的放电特征量。最后根据各个样本的放电特征量和元件低气压放电判据进行可靠性分析,得出元件在工作条件下的可靠性指标。以某大容量电解电容为研究对象计算分析了其在海拔20km处运行的可靠度和尺寸优化后的可靠度,验证了本文建立的元件绝缘可靠性分析方法的可行性和基于Nelder-Mead法的尺寸优化方法的有效性。