原创电动牙刷方案浅析

 2023-12-29 11:21  491 5 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。

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。

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。

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：

图4、电动牙刷按机械原理分类(来源：有趣的制造)

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

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！

电动牙刷