電動(dòng)牙刷方案淺析
根據(jù)奧維云網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2020年電動(dòng)牙刷品牌多達(dá)1068個(gè)，賣出了4080．79萬(wàn)支，零售總額達(dá)到74．12億元，預(yù)計(jì)2021年的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到94億元。千商混戰(zhàn)，堪比當(dāng)年華強(qiáng)北山寨手機(jī)的黃金時(shí)代。
圖1 部分電動(dòng)牙刷品牌（來(lái)源：小飯桌）
根據(jù)普華有策的數(shù)據(jù)報(bào)告，2020年中國(guó)電動(dòng)牙刷的滲透率是8％，而歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的滲透率多超過(guò)30％；與我們生活習(xí)慣類似的日本及韓國(guó)，電動(dòng)牙刷滲透率分別是30．6％和 81．7％，所以國(guó)內(nèi)的電動(dòng)牙刷有著至少幾倍的成長(zhǎng)空間。
圖2 電動(dòng)牙刷方案框圖（來(lái)源：ST官網(wǎng)）
根據(jù)速賣通平臺(tái)的數(shù)據(jù)顯示，2020年國(guó)產(chǎn)電動(dòng)牙刷在歐洲、中東等多個(gè)海外市場(chǎng)出現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。其中，法國(guó)年同比增速超過(guò)140％，德國(guó)增長(zhǎng)160％，波蘭增長(zhǎng)90％，沙特增長(zhǎng)超過(guò)420％。所以中國(guó)電動(dòng)牙刷的跨境出海也是一片藍(lán)海。
今天我們從元器件選型及方案簡(jiǎn)單剖析一下電動(dòng)牙刷。電動(dòng)牙刷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般由可拆卸刷頭（更換方便）、塑膠外殼（需密封防水）、電機(jī)、主控板PCBA、電池與充電管理（一般是無(wú)線充電）等部分組成，其核心器件及技術(shù)落在電機(jī)與振動(dòng)設(shè)計(jì)上，我們?cè)谘邪l(fā)設(shè)計(jì)階段就得想方設(shè)法避免侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)，牢牢占據(jù)高端市場(chǎng)的荷蘭飛利浦和美國(guó)寶潔的歐樂(lè)B的IP布局很深。
圖3 電動(dòng)牙刷主要結(jié)構(gòu)組成（來(lái)源：有趣的制造）
飛利浦擁有多項(xiàng)聲波振動(dòng)式專利，歐樂(lè)B則是旋轉(zhuǎn)振動(dòng)式的代表，長(zhǎng)期牢牢占據(jù)著電動(dòng)牙刷領(lǐng)域的霸主地位。為避免侵權(quán)，國(guó)產(chǎn)品牌研發(fā)設(shè)計(jì)和振動(dòng)方式上的創(chuàng)新余地已然較小，走名詞上的創(chuàng)新實(shí)屬無(wú)奈，例如磁懸浮聲波振動(dòng)式。底層創(chuàng)新，或得從根源處“最核心的器件－電機(jī)及驅(qū)動(dòng)”著手，但還是飛利浦和歐樂(lè)B以電機(jī)自供占得先機(jī)，或許戴森來(lái)做電動(dòng)牙刷才能有效發(fā)起挑戰(zhàn)。千余家電動(dòng)牙刷品牌，根據(jù)振動(dòng)方式和振動(dòng)頻率都可以放入以下分類：
圖4 電動(dòng)牙刷按機(jī)械原理分類（來(lái)源：有趣的制造）
圖5 電動(dòng)牙刷按振動(dòng)分類（來(lái)源：動(dòng)脈網(wǎng)）
絕大部分電動(dòng)牙刷都在中國(guó)制造，品質(zhì)差異已不太大，而市面上電動(dòng)牙刷成本和售價(jià)的差異，源自電機(jī)和芯片差異。振動(dòng)頻率6000～8000次／Min的電機(jī)，成本已可低至1塊錢，或是造就9．9元電動(dòng)牙刷的真核；而振動(dòng)頻率在32000次／Min以上的電機(jī)，成本則達(dá)數(shù)十塊不等，電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制芯片成本少則數(shù)塊，多則數(shù)十塊。接下來(lái)咱們整理幾份BOM表對(duì)比一下：
| 品牌 | 型號(hào) | 描述 |
| 英飛凌／賽普拉斯（INFINEON／CYPRESS） | CY8C4248LQI－BL483 | MCU主控 |
| 賽普拉斯／飛索（CYPRESS／SPANSION） | 絲印FL116K1F4 | 存儲(chǔ)芯片 |
| 艾邁斯（AMS） | AS5510－DWLT | 線性霍爾傳感器，監(jiān)測(cè)永磁電機(jī)的移動(dòng) |
| 索尼（SONY） | 4235 010 32898 | Li－Lon鋰離子電池 |
| 飛利浦（PHILIPS） | 絲印150716C21 | 自研永磁電機(jī) |
| － | － | 按鍵、接口、連接器、阻容感等 |
表1 飛利浦HX9120 BOM表
| 品牌 | 型號(hào) | 描述 |
| 微芯（MICROCHIP） | PIC16F726 | MCU主控 |
| 臺(tái)半（TSC） | TSM6866SDCA | N溝道金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管 |
| 臺(tái)半（TSC） | TSM6963SDCA | P溝道MOSFET |
| 索尼（SONY） | 4235 010 18492 | Li－Lon鋰離子電池 |
| 飛利浦（PHILIPS） | 絲印240318C2 | 自研永磁電機(jī) |
| － | － | 按鍵、接口、連接器、阻容感等 |
表2 飛利浦HX6710 BOM表
| 品牌 | 型號(hào) | 描述 |
| 德州儀器（TI） | MSP430G2332 | MCU主控 |
| 臺(tái)半（TSC） | TSM4424CS | N溝道MOSFET |
| 臺(tái)半（TSC） | BC846CW | NPN二極管 |
| FDK | － | 鎳氫充電電池 |
| 歐樂(lè)B | － | 自研電機(jī) |
| － | － | 按鍵、接口、連接器、阻容感等 |
表3 歐樂(lè)B D20 BOM表
| 品牌 | 型號(hào) | 描述 |
| 聯(lián)智（CELFRAS） | CWT500 | 無(wú)線充電底座的主控芯片，QI協(xié)議5W功率高集成發(fā)射IC |
| 芯天下（XTX） | XT25F02D | 無(wú)線充電底座的存儲(chǔ)器芯片，256KB SPI NOR Flash存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)充電配置 |
| 萬(wàn)國(guó)（AOS） | AON7804 | 兩顆NMOS管組成H橋，耐壓30V，用于無(wú)線充電線圈的功率傳輸 |
| 弘源（HONGFARAD） | 404J100V | 無(wú)線充專用諧振電容，0．4μF 100V |
| 日日佳（RRJ） | R096119T01－V0 | 顯示屏 |
| 聯(lián)智（CELFRAS） | CWR500 | 主板上的無(wú)線充電的接收IC |
| 矽力杰（SILERGY） | SY6984 | 主板上的升壓電池充電IC |
| 芯源（MPS） | MP2322 | 5μA超低靜態(tài)電流的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器，為主板上的控制器及屏幕供電 |
| 基美（KEMET） | 16V33UF | 16V 33μF聚合物鋁電解電容，用于永磁同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)濾波 |
| 萬(wàn)國(guó)（AOS） | AON7934 | 三顆非對(duì)稱雙NMOS，耐壓30V，用于永磁同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) |
| 大疆創(chuàng)新（DJI） | IESC1000 | 用于永磁同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 |
| 萬(wàn)國(guó)（AOS） | AON2409 | PMOS，用于電路控制 |
| TDK／應(yīng)美盛（TDK／INVENSENSE） | MPU－6500 | 3軸加速度及3軸角度傳感器，內(nèi)置數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器，用于運(yùn)動(dòng)追蹤功能 |
| 霖昶（RAINSUN） | － | 貼片陶瓷藍(lán)牙天線 |
| 恩智浦（NXP） | QN9080 | 超低功耗藍(lán)牙5．0 MCU |
| 復(fù)微（FMSH） | FM17550 | NFC通訊芯片 |
| 宜揚(yáng)（EON） | － | 16Mb閃存芯片，存儲(chǔ)屏幕顯示信息 |
| evowera | － | hypermag 工業(yè)永磁同步伺服電機(jī) |
| evowera | EVO19370 | 1080mAh／3．99Wh／3．7V電池，由新輝卓能（NEW LIGHT）供應(yīng) |
表4 evowera planck O1 BOM表
圖6 米家聲波牙刷方案（來(lái)源：聚豐開發(fā)）
| 品牌 | 型號(hào) | 描述 |
| NORDIC | NRF51822－QFAA | 低功耗藍(lán)牙主控芯片 |
| 巴丁微（BD MICRO） | BDR6122T | 單通道H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 |
| ＊恩智浦（NXP） | MFRC63002HN | 射頻識(shí)別芯片 |
| 安浩芯（AHX） | SDG5011 | 無(wú)線充電發(fā)射芯片 |
| 安浩芯（AHX） | SDG5141 | 無(wú)線充電接收芯片 |
素士（SOOCAS） | － | 素士定制電機(jī)，由金龍機(jī)電（KOTL）供應(yīng) |
素士（SOOCAS） | － | 素士定制鈷酸鋰電池，由鵬輝（GREAT POWER）供應(yīng) |
| － | － | 按鍵、接口、連接器、阻容感、指示燈等 |
表5 米家聲波牙刷 BOM表
既要懂機(jī)械原理，工業(yè)設(shè)計(jì)不得抄襲得有創(chuàng)新，要從零開始設(shè)計(jì)和研發(fā)一款電動(dòng)牙刷，難度并不小，希望這篇文章提供一些技術(shù)和選型參考。拍明芯城作為快速撮合的元器件交易平臺(tái)，聚焦服務(wù)長(zhǎng)尾市場(chǎng)的中小微電子企業(yè)，幫助每一顆芯片的Design In、Design Win和流通買賣更高效，深入落地到千行萬(wàn)業(yè)，做最好的元器件搬運(yùn)工和SaaS工具提供商，幫原廠和代理商賣好芯片，為工程師提供更好的支持！
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