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在电力电子装置中，直流母线电容为实现装置储能、滤波等功能的重要器件。在直流母线中电解电容寿命相对于其他电力电子器件较短，是制约电力电子装置可靠性的短板
传统的电力电子可靠性分析中，其分析数据均来源于实际运行的失效率数据，而缺少对器件失效机理的分析。另一方面，电力电子装置由运行到失效周期漫长，如若利用实际运行的数据来指导电力电子装置的设计，将耗费巨大的时间成本。
因此，本文由电容失效机理出发，针对目前面向可靠性设计中所存在的缺点，提出了直流母线电容简化的功率损耗模型与可靠性的定量分析以及优化方法。本文的主要研究内容及取得的研究成果如下：
首先，分析了电解电容与薄膜电容的失效机理，并总结了电解电容与薄膜电容寿命的表达形式。利用薄膜电容在不同湿度下的加速老化试验数据，阐述了求解电容寿命模型中参数的具体方法。
其次，针对单相逆变器中直流母线中电流频谱复杂的特点，分析了不同调制模式下单相逆变器中直流母线的电流频谱。结合电容的阻抗频率特性与温度特性，对直流母线中电容的功率损耗表达式进行化简，提出了简化的直流母线中电容功率损耗模型。
再次，利用电解电容与薄膜电容等效串联电阻的频率特性，分析了薄膜电容容值占直流母线整体容值不同比例下，单相逆变器的直流母线整体的阻抗特性与混合直流母线中电解电容的寿命。在此分析基础上，实现了对单相逆变器进行了面向可靠性的混合直流母线设计。
最后，建立了Buck输出侧LC滤波器中电解电容在电感电流连续与电感电流断续两种模式下的寿命模型。建立了Buck输出侧LC滤波器的体积与成本模型。基于面向可靠性的设计理念，利用不同设计目标与设计参数间的自由度，通过非支配排序实现了在考虑滤波截止频率、可靠性、成本等设计目标时，对Buck输出侧LC滤波器参数设计的多目标优化设计。
综上，本文总结了电解电容与薄膜电容失效机理与寿命模型，提出了简化的单相逆变器直流母线功率损耗模型，应用该模型能简化面向可靠性设计中功率损耗的计算量，提高设计效率。所阐述的混合直流母线设计方法能在一定的功率密度要求内，提高单相逆变器直流母线的可靠性。提出的面向可靠性Buck输出侧LC滤波器多目标优化方法，能在面向可靠性设计的基础上，实现面对多个设计目标的优化设计。
传统的电力电子可靠性分析中，其分析数据均来源于实际运行的失效率数据，而缺少对器件失效机理的分析。另一方面，电力电子装置由运行到失效周期漫长，如若利用实际运行的数据来指导电力电子装置的设计，将耗费巨大的时间成本。
因此，本文由电容失效机理出发，针对目前面向可靠性设计中所存在的缺点，提出了直流母线电容简化的功率损耗模型与可靠性的定量分析以及优化方法。本文的主要研究内容及取得的研究成果如下：
首先，分析了电解电容与薄膜电容的失效机理，并总结了电解电容与薄膜电容寿命的表达形式。利用薄膜电容在不同湿度下的加速老化试验数据，阐述了求解电容寿命模型中参数的具体方法。
其次，针对单相逆变器中直流母线中电流频谱复杂的特点，分析了不同调制模式下单相逆变器中直流母线的电流频谱。结合电容的阻抗频率特性与温度特性，对直流母线中电容的功率损耗表达式进行化简，提出了简化的直流母线中电容功率损耗模型。
再次，利用电解电容与薄膜电容等效串联电阻的频率特性，分析了薄膜电容容值占直流母线整体容值不同比例下，单相逆变器的直流母线整体的阻抗特性与混合直流母线中电解电容的寿命。在此分析基础上，实现了对单相逆变器进行了面向可靠性的混合直流母线设计。
最后，建立了Buck输出侧LC滤波器中电解电容在电感电流连续与电感电流断续两种模式下的寿命模型。建立了Buck输出侧LC滤波器的体积与成本模型。基于面向可靠性的设计理念，利用不同设计目标与设计参数间的自由度，通过非支配排序实现了在考虑滤波截止频率、可靠性、成本等设计目标时，对Buck输出侧LC滤波器参数设计的多目标优化设计。
综上，本文总结了电解电容与薄膜电容失效机理与寿命模型，提出了简化的单相逆变器直流母线功率损耗模型，应用该模型能简化面向可靠性设计中功率损耗的计算量，提高设计效率。所阐述的混合直流母线设计方法能在一定的功率密度要求内，提高单相逆变器直流母线的可靠性。提出的面向可靠性Buck输出侧LC滤波器多目标优化方法，能在面向可靠性设计的基础上，实现面对多个设计目标的优化设计。