标签: 电动牙刷

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HX9120BOM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HX6710BOM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BD20BOM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 16V33μF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、evoweraplanck O1BOM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！

洗牙器是一种电动口腔清洁工具，用于移除食物残渣和牙菌斑，提高口腔卫生水平 。 亚马逊要求商家上架的产品检测报告必须是 ISO17025/ILAC ISO 17025标准认可的实验室出具的合格报告 。 UL测试报告是根据产品选用相应的UL标准进行测试合格后，出具合格的测试报告。 UL认证是上亚马逊美国站一个安全测试报告，是强制性安全报告认证，带电的产品都是要做； UL1431 是指洗牙器需符合的安全标准，通过对洗牙器进行 UL1431 测试认证，可以确保其安全性能满足国际标准。 洗牙器 UL1431 测试方法 我们按照 UL1431测试验证方案，对洗牙器进行了详细的测试。以下是测试过程的概括： 使用测试仪器对洗牙器的电气特性进行测试，包括电压、电流、功率等。 对洗牙器的物理结构和材料进行检查，确保其符合相关标准。 进行防火测试，评估洗牙器在意外情况下的安全性能。 检测洗牙器的耐压和绝缘等级，以确保其在正常使用条件下的电气安全性。 电动牙刷、洗牙器，洁牙器办理 UL1431测试报告流程: 1. 填写申请表 2. 样品寄送 3. 样品测试 4.出报告草稿件确认信息无误 5.出正式件报告 （周期： 5个工作日）

电动牙刷是一种现代化的口腔护理工具，它利用高速振动或旋转的刷头，将磨损剂与水混合，通过刷头上的毛细管吹出来，从而有效地清洁牙齿和牙龈。与传统手动牙刷相比，电动牙刷具有更高效、更便捷、更全面的清洁效果。 电动牙刷、洗牙器，洁牙器等产品上架美国亚马逊需要办理 UL1431测试报告。UL测试报告是 根据产品选用相应的 UL标准进行测试合格后，出具合格的测试报告。 在亚马逊销售电子产品需要提供 UL测试报告，如果在规定时间内没法提供UL测试报告， 会 出现被暂停销售、 listing被下架等问题。亚马逊一般是要求卖家14天内提交文件，亚马逊也知道认证的时间还有费用，因此要求的是 ISO17025/ILAC ISO 17025标准 认可的实验室出具的合格报告。 一、 UL 1431认证的要求产品安全性要求 电动牙刷应符合 UL 1431标准中的相关安全要求，包括接地、过流保护、绝缘、电磁兼容性等。 文件要求：申请人需要向 UL提供详细的技术文件，包括产品说明书、电路图、使用说明书等。 样品要求：申请人需要向 UL提供符合要求的样品，并保证样品的质量。 测试目的 我们的测试旨在评估亚马逊电动牙刷在正常使用条件下的安全性和性能。我们特别关注以下方面： 电气安全性： 包括电击危险、绝缘阻抗和接地测试。 导电部件的材料和结构耐久性。 防水性能。 充电器的质量和性能。 测试方法 我们使用符合 UL1431标准的测试设备和方法，如下所述： 电气安全性测试： 通过检查产品内部的绝缘状态和接地连接来评估电气安全性。 导电部件的材料和结构耐久性测试： 通过模拟长时间使用和力的施加来测试导电部件的耐久性。 防水性能测试： 将产品放入水槽中，并在不同压力下观察其密封性和防水性能。 充电器的质量和性能测试： 测试充电器的输出电压和电流，确保其符合相关安全标准。 二、 UL 1431认证 办理流程： 1.填写指定申请表 2.提供产品的资料 3.签订合同 4.寄出样品 5.出具报告 （ 周期： 5 个工作日 ）

本设计采用内置LDO的低压H桥马达驱动器，一个超低功耗MCU，通过2-5.5V范围输入实现了一个长寿命的电池驱动型电动牙刷。 方案特点 电动牙刷电路对PCB尺寸和BOM元器件数量有较高要求，本方案可为DC马达提供5A连续电流和8A峰值驱动电流，PCB占位仅仅43.2 x 14.6mm，断电状态的电池漏电流小于50nA，并通过缩减元器件数量降低了系统成本。 电路通过SPST开关，把SN74LVC1G80 D-Type触发器和SN74LVC1G14逻辑转换器组合起来，可作为MCU和马达驱动芯片的ON/OFF开关，这样就无需一直按下按钮才能保持系统的运行。其中的D Flip-Flop开关在DRV8850的LDOEN引脚和nSLEEP引脚之间切换，使DRV8850运行于低功耗待机状态，并关闭LDO稳压器，有效降低MCU未使用时的功耗。 电路中的DRV8850 H桥马达驱动器有两个作用，一是将来自MCU的信号进行放大，并驱动马达；二是通过内置的LDO稳压器为MCU MSP430G2210供电。 MSP430G2210超低功耗MCU使马达驱动器的控制器，用来产生DRV8850的控制信号。MSP430G2210工作于1MHz的高频时钟，可在于1.8V的低压下运行。 芯齐齐BOM分析 电动牙刷BOM元器件数量24个，4个芯片低压H-Bridge驱动IC RGY0024B、混合信号控制器MSP430G2210IDR、单路反相触发器SN74LVC1G80DCK、斯密特触发器SN74LVC1G14DCK全部来自TI。 其他元件中，电阻R1、R4、R5用作分压，采用0402型精度选择1%；电容器采用二类介质材料的陶瓷电容器。所有元器件均可从硬之城（allchips）一站购齐。

电动牙刷深受年轻一簇和青少年及儿童的欢迎，基本原理是无线充电技术。牙刷采用自动旋转刷头，符合人体工程学设计，再加上自由切换振幅强度，不仅能促进口腔的血液循环，还保证了刷牙的高效与便捷。 方案特点 无线充电电动牙刷一般分无线充电发射座（充电座）、声波电动牙刷（牙刷本体）两部分，充电座用于无线充电发射与ID识别，牙刷本体具有无线充电接收、锂电池充电管理、放电管理、声波马达控制与LED指示四项功能，设计简单制作方便。 方案的充电座由USB 5V供电并通过LC谐振方式提供电源给牙刷本体，并提供单向通讯功能使充电座可以接收信息，并识别由牙刷本体回传的ID信息。 牙刷本体在充电过程中提供充电管理、LED电量显示功能，牙刷本体在操作时依不同设定，控制声波马达进行相对应的刷牙模式。 图1. 方案原理及实物 1、充电座 BP45F0044内建高压N型MOSFET控制LC谐振，并通过外部的电流采样电阻与内建解调功能进行通讯解调，也内建四段I/O直推LED电流选择，达到外部元件精简的目的。 通过外部的电流采样电阻与解调功能进行通讯解调，通过牙刷本体所回传ID判断是否进行供电，若回传ID不正确将停止发送能量，达到降低系统平均功耗的目的。 2、牙刷本体 主控IC BP45F1330内建线性充电电路，用于锂电池充电管理，并集成H桥驱动电路可控制马达正反转，且内建四段I/O直推LED电流选择可节省外部限流电阻。 在进入工作模式1时，将自动进入休眠模式，系统完全停止运行，平均待机电流约1μA，达到省电的效果。 方案电路 无线充电功能是基于将能量以交变磁场方式，把充电座能量传送到牙刷端，使牙刷端感应出交变电流。牙刷端需要将感应出的交流电经过整流电路后，才能使之变为可供IC使用以及锂电池充电的直流电电源。通讯也在无线充电中扮演重要角色，当充电座可与牙刷成功通讯时，充电座才会将功率发射，平时则关闭功率发射并待机以降低功耗。而牙刷本体在操作时，依不同设定，控制声波马达进行相对应的幅度摆动与频率摆动，达到不同清洁效果。 本方案充电座工作电压为DC5V（USB供电），工作电流160mA（已连结牙刷本体）。充电座输入的USB 5V电源，通过PWM功能控制内部MOS进行LC谐振控制，并通过外部的电流采样电阻与解调功能进行通讯解调，通过牙刷本体所回传ID判断是否进行供电。 牙刷本体工作电压DC3.0~4.2V（锂电池供电），待机功耗1μA（休眠模式），工作耗电600mA（LED+声波马达），主控IC BP45F1330内建线性充电电路可用于锂电池充电管理，H桥驱动电路可直接驱动电机。牙刷本体的输入电源由LC谐振供应，并经由稳压电路再提供至IC，通过内部的线性充电电路对3.7V锂电池行涓流、恒流、恒压的充电控制，其充电电流根据使用者的设计而有所不同，充电过程中牙刷本体会与充电座进行通讯，使充电座获取牙刷本体的ID，进而达到绑定的功能。 图2. BP45F0044 + BP45F1330电动牙刷方案电路 在操作时依不同设定，控制声波马达进行相对应的幅度摆动与频率摆动，达到不同的清洁效果。 （1）充电模式：牙刷本体放上充电座后进入充电模式，充电时牙刷本体电池电压小于3.3V时会亮红色LED指示灯，在大于3.3V小于3.8V时会亮黄色LED指示灯，当大于3.8V时会亮蓝LED指示灯，并且带有呼吸灯效果。 （2）工作模式：牙刷本体有4段不同工作模式，通过按键做循环切换，其中工作模式0为进入休眠模式，并关闭震动与LED灯，工作模式1/2/3分别表示不同的清洁效果，并以3个白色LED灯表示现在工作的模式。 BOM表及PCB布线 此方案包含两个MCU芯片，其中充电座使用移动电源专用MCU BP45F0044作为主控，内部提供0.5K的程序储存空间、4个双向I/O、高压N型MOSFET、可程序化PWM电路与解调电路供用户使用。牙刷本体使用BP45F1330作为主控MCU，内部提供2K的程序储存空间、14个双向I/O、H桥驱动电路可供用户使用。 无线充电发射与数据接收方面，充电座以BP45F0044内建之高压N型MOSFET与可编程PWM电路，控制LC谐振电路发射无线充电功率，以及内建之解调电路供无线充电数据接收使用。在声波马达与锂电池充电控制方面，牙刷本体以BP45F1330内建之H桥驱动电路控制声波马达，以及内建之线性充电电路对锂电池进行充电管理。 图3. PCB Layout 充电电路部分，需在牙刷本体输入电源设计一前端保护电路，由全桥电路整流后通过稽纳二极管稳压，防止能量过高时将牙刷本体的IC损毁。由于方案电流约45mA，电压5V，功率为0.225W，故选择0.5W齐纳二极管作为稳压管。 充电座线圈电感值为8.9μH，预设谐振频率为130kHz，使用LC谐振公式算出谐振电容为168.41nF，并调整PWM的程序内LCFreq与PWMDuty参数，使PWM输出能够于LC谐振波形的零点作切换，此方案调整的PWM频率为114.3kHz；接着牙刷本体电感为20μH，以充电座的PWM频率计算出牙刷本体谐振电容为96.97nF。 图4. 电动牙刷方案BOM表 线圈选型时，充电发射线圈采用线径0.6mm的多芯漆包绞线绕制10圈，感量32.01μH，尺寸为高8mm、直径10mm带导磁柱的圆柱形。声波电动牙刷线圈采用线径0.3mm的单芯漆包线绕制18圈，感量53.59μH，尺寸为高9mm、直径15mm圆柱形。