原创 电动牙刷方案浅析

2023-12-29 11:21 278 2 2 分类: 智能硬件

根据奥维云网的监测数据,2020年电动牙刷品牌多达1068个,卖出了4080.79万支,零售总额达到74.12亿元,预计2021年的市场规模将达到94亿元。千商混战,堪比当年华强北山寨手机的黄金时代。


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图1、部分电动牙刷品牌(来源:小饭桌)


根据普华有策的数据报告,2020年中国电动牙刷的渗透率是8%,而欧美发达国家的渗透率多超过30%;与我们生活习惯类似的日本及韩国,电动牙刷渗透率分别是30.6%和 81.7%,所以国内的电动牙刷有着至少几倍的成长空间。

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图2、电动牙刷方案框图(来源:ST官网)


根据速卖通平台的数据显示,2020年国产电动牙刷在欧洲、中东等多个海外市场出现了爆发式增长。其中,法国年同比增速超过140%,德国增长160%,波兰增长90%,沙特增长超过420%。所以中国电动牙刷的跨境出海也是一片蓝海。


今天我们从元器件选型及方案简单剖析一下电动牙刷。电动牙刷结构简单,一般由可拆卸刷头(更换方便)、塑胶外壳(需密封防水)、电机、主控板PCBA、电池与充电管理(一般是无线充电)等部分组成,其核心器件及技术落在电机与振动设计上,我们在研发设计阶段就得想方设法避免侵犯知识产权,牢牢占据高端市场的荷兰飞利浦和美国宝洁的欧乐B的IP布局很深。


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图3、电动牙刷主要结构组成(来源:有趣的制造)


飞利浦拥有多项声波振动式专利,欧乐B则是旋转振动式的代表,长期牢牢占据着电动牙刷领域的霸主地位。为避免侵权,国产品牌研发设计和振动方式上的创新余地已然较小,走名词上的创新实属无奈,例如磁悬浮声波振动式。底层创新,或得从根源处“最核心的器件-电机及驱动”着手,但还是飞利浦和欧乐B以电机自供占得先机,或许戴森来做电动牙刷才能有效发起挑战。千余家电动牙刷品牌,根据振动方式和振动频率都可以放入以下分类:


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图4、电动牙刷按机械原理分类(来源:有趣的制造)


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图5、电动牙刷按振动分类(来源:动脉网)


绝大部分电动牙刷都在中国制造,品质差异已不太大,而市面上电动牙刷成本和售价的差异,源自电机和芯片差异。振动频率6000~8000次/Min的电机,成本已可低至1块钱,或是造就9.9元电动牙刷的真核;而振动频率在32000次/Min以上的电机,成本则达数十块不等,电机驱动及控制芯片成本少则数块,多则数十块。接下来咱们整理几份BOM表对比一下:


品牌

型号

描述

英飞凌/赛普拉斯(INFINEON/CYPRESS)

CY8C4248LQI-BL483

MCU主控

赛普拉斯/飞索(CYPRESS/SPANSION)

丝印FL116K1F4

存储芯片

艾迈斯(AMS)

AS5510-DWLT

线性霍尔传感器,监测永磁电机的移动

索尼(SONY)

4235 010 32898

Li-Lon锂离子电池

飞利浦(PHILIPS)

丝印150716C21

自研永磁电机

-

-

按键、接口、连接器、阻容感等

表1、飞利浦HX9120 BOM表


品牌

型号

描述

微芯(MICROCHIP)

PIC16F726

MCU主控

台半(TSC)

TSM6866SDCA

N沟道金属氧化物场效应管

台半(TSC)

TSM6963SDCA

P沟道MOSFET

索尼(SONY)

4235 010 18492

Li-Lon锂离子电池

飞利浦(PHILIPS)

丝印240318C2

自研永磁电机

-

-

按键、接口、连接器、阻容感等

表2、飞利浦HX6710 BOM表


品牌

型号

描述

德州仪器(TI)

MSP430G2332

MCU主控

台半(TSC)

TSM4424CS

N沟道MOSFET

台半(TSC)

BC846CW

NPN二极管

FDK

-

镍氢充电电池

欧乐B

-

自研电机

-

-

按键、接口、连接器、阻容感等

表3、欧乐B D20 BOM表


品牌

型号

描述

联智(CELFRAS)

CWT500

无线充电底座的主控芯片,QI协议5W功率高集成发射IC

芯天下(XTX)

XT25F02D

无线充电底座的存储器芯片,256KB SPI NOR Flash存储器,用于存储充电配置

万国(AOS)

AON7804

两颗NMOS管组成H桥,耐压30V,用于无线充电线圈的功率传输

弘源(HONGFARAD)

404J100V

无线充专用谐振电容,0.4μF 100V

日日佳(RRJ)

R096119T01-V0

显示屏

联智(CELFRAS)

CWR500

主板上的无线充电的接收IC

矽力杰(SILERGY)

SY6984

主板上的升压电池充电IC

芯源(MPS)

MP2322

5μA超低静态电流的同步整流降压转换器,为主板上的控制器及屏幕供电

基美(KEMET)

16V33UF

16V 33μF聚合物铝电解电容,用于永磁同步伺服电机驱动滤波

万国(AOS)

AON7934

三颗非对称双NMOS,耐压30V,用于永磁同步伺服电机驱动

大疆创新(DJI)

IESC1000

用于永磁同步伺服电机驱动控制

万国(AOS)

AON2409

PMOS,用于电路控制

TDK/应美盛(TDK/INVENSENSE)

MPU-6500

3轴加速度及3轴角度传感器,内置数字运动处理器,用于运动追踪功能

霖昶(RAINSUN)

-

贴片陶瓷蓝牙天线

恩智浦(NXP)

QN9080

超低功耗蓝牙5.0 MCU

复微(FMSH)

FM17550

NFC通讯芯片

宜扬(EON)

-

16Mb闪存芯片,存储屏幕显示信息

evowera

-

hypermag 工业永磁同步伺服电机

evowera

EVO19370

1080mAh/3.99Wh/3.7V电池,由新辉卓能(NEW LIGHT)供应

表4、evowera planck O1 BOM表


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图6、米家声波牙刷方案(来源:聚丰开发)


品牌

型号

描述

NORDIC

NRF51822-QFAA

低功耗蓝牙主控芯片

巴丁微(BD MICRO)

BDR6122T

单通道H桥电机驱动芯片

*恩智浦(NXP)

MFRC63002HN

射频识别芯片

安浩芯(AHX)

SDG5011

无线充电发射芯片

安浩芯(AHX)

SDG5141

无线充电接收芯片

素士(SOOCAS)

-

素士定制电机,由金龙机电(KOTL)供应

素士(SOOCAS)

-

素士定制钴酸锂电池,由鹏辉(GREAT POWER)供应

-

-

按键、接口、连接器、阻容感、指示灯等

表5、米家声波牙刷 BOM表


既要懂机械原理,工业设计不得抄袭得有创新,要从零开始设计和研发一款电动牙刷,难度并不小,希望这篇文章提供一些技术和选型参考。拍明芯城作为快速撮合的元器件交易平台,聚焦服务长尾市场的中小微电子企业,帮助每一颗芯片的Design In、Design Win和流通买卖更高效,深入落地到千行万业,做最好的元器件搬运工和SaaS工具提供商,帮原厂和代理商卖好芯片,为工程师提供更好的支持!

作者: 拍明芯城, 来源:面包板社区

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