Co-conception de convertisseurs intégrés ultra-compacts exploitant des micro-batteries tout solide // Co-Design of Ultra-Compact Integrated Converters Leveraging Solid-State Micro-Batteries

L’amélioration des performances des systèmes de conversion d’énergie DC-AC ou AC-DC est un enjeu majeur pour réduire la masse des dispositifs, prolonger leur autonomie et améliorer leur compacité. Ce projet de thèse vise à explorer de nouvelles topologies de convertisseurs intégrés innovants en s’appuyant sur un composant émergent : la micro-batterie tout solide.

Après une phase d’analyse système sur deux cas d’application représentatifs — l’un en conversion AC-DC, l’autre en DC-AC — le doctorant identifiera la topologie de conversion la plus adaptée pour des puissances de l’ordre du milliwatt. Cette topologie sera co-optimisée avec une matrice de micro-batteries tout solide disponible, afin de tirer pleinement parti des caractéristiques de ces composants. Le candidat mènera ensuite la conception du circuit, sa fabrication éventuelle et la validation expérimentale de l’approche.

Encadrée par Gaël Pillonnet (CEA-Leti) et Patrick Mercier (University of California), cette thèse s’inscrit dans un environnement de recherche de pointe sur les circuits intégrés pour la gestion de l’énergie (PMIC). Le projet comporte une forte dimension applicative, centrée sur la co-optimisation entre l’électronique de puissance et les composants de micro-stockage dans des dispositifs ultra-compacts, dédiés à l’actionnement de micromoteurs ou à la micro-alimentation à partir du secteur.

Rejoindre notre équipe, c’est participer au développement de technologies de rupture ayant un fort impact potentiel dans les domaines de la santé, de la défense ou de la maintenance prédictive.
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Improving the performance of DC-AC and AC-DC power conversion systems is key to reducing system weight, extending operational autonomy, and enhancing compactness. This PhD project aims to explore novel topologies of integrated power converters by leveraging an emerging component: solid-state micro-batteries.

The research will begin with a system-level study of two representative applications — one AC-DC and one DC-AC — to define the constraints and opportunities offered by solid-state batteries. The candidate will then identify and co-optimize the most suitable converter topology for ultra-low power operation (in the milliwatt range) in conjunction with a matrix of available micro-batteries. The work will culminate in the design, fabrication, and experimental validation of the proposed architecture.

Co-supervised by Dr. Gaël Pillonnet (CEA-Leti, France) and Prof. Patrick Mercier (University of California, USA), the candidate will join a cutting-edge research environment focused on advanced Power Management Integrated Circuits (PMICs). This project offers a strong application-oriented dimension, targeting the co-optimization of circuits and emerging micro-storage components within ultra-compact systems, such as micro-motor actuation and micro-powering from mains voltage.

Joining our team means contributing to the advancement of disruptive technologies with high potential impact in fields such as healthcare, defense, and predictive maintenance.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Caractérisation, Conception et Simulation
Laboratoire : Laboratoire des circuits intégrés pour la Gestion de l'Energie, les Capteurs et Actionneurs
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : PILLONNET Gael
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DCOS

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Caractérisation, Conception et Simulation

microélectronique