電動(dòng)牙刷方案淺析
根據(jù)奧維云網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù),2020年電動(dòng)牙刷品牌多達(dá)1068個(gè),賣出了4080.79萬支,零售總額達(dá)到74.12億元,預(yù)計(jì)2021年的市場規(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(來源:小飯桌)
根據(jù)普華有策的數(shù)據(jù)報(bào)告,2020年中國電動(dòng)牙刷的滲透率是8%,而歐美發(fā)達(dá)國家的滲透率多超過30%;與我們生活習(xí)慣類似的日本及韓國,電動(dòng)牙刷滲透率分別是30.6%和 81.7%,所以國內(nèi)的電動(dòng)牙刷有著至少幾倍的成長空間。
圖2 電動(dòng)牙刷方案框圖(來源:ST官網(wǎng))
根據(jù)速賣通平臺的數(shù)據(jù)顯示,2020年國產(chǎn)電動(dòng)牙刷在歐洲、中東等多個(gè)海外市場出現(xiàn)了爆發(fā)式增長。其中,法國年同比增速超過140%,德國增長160%,波蘭增長90%,沙特增長超過420%。所以中國電動(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單剖析一下電動(dòng)牙刷。電動(dòng)牙刷結(jié)構(gòu)簡單,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,我們在研發(fā)設(shè)計(jì)階段就得想方設(shè)法避免侵犯知識產(chǎn)權(quán),牢牢占據(jù)高端市場的荷蘭飛利浦和美國寶潔的歐樂B的IP布局很深。
圖3 電動(dòng)牙刷主要結(jié)構(gòu)組成(來源:有趣的制造)
飛利浦擁有多項(xiàng)聲波振動(dòng)式專利,歐樂B則是旋轉(zhuǎn)振動(dòng)式的代表,長期牢牢占據(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B以電機(jī)自供占得先機(jī),或許戴森來做電動(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(來源:有趣的制造)
圖5 電動(dòng)牙刷按振動(dòng)分類(來源:動(dòng)脈網(wǎng))
絕大部分電動(dòng)牙刷都在中國制造,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。接下來咱們整理幾份BOM表對比一下:
品牌 | 型號 | 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 | 存儲芯片 |
艾邁斯(AMS) | AS5510-DWLT | 線性霍爾傳感器,監(jiān)測永磁電機(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 | 描述 |
微芯(MICROCHIP) | PIC16F726 | MCU主控 |
臺半(TSC) | TSM6866SDCA | N溝道金屬氧化物場效應(yīng)管 |
臺半(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 | 描述 |
德州儀器(TI) | MSP430G2332 | MCU主控 |
臺半(TSC) | TSM4424CS | N溝道MOSFET |
臺半(TSC) | BC846CW | NPN二極管 |
FDK | - | 鎳氫充電電池 |
歐樂B | - | 自研電機(jī) |
- | - | 按鍵、接口、連接器、阻容感等 |
表3 歐樂B D20 BOM表
品牌 | 型號 | 描述 |
聯(lián)智(CELFRAS) | CWT500 | 無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 | 無線充電底座的存儲器芯片,256KB SPI NOR Flash存儲器,用于存儲充電配置 |
萬國(AOS) | AON7804 | 兩顆NMOS管組成H橋,耐壓30V,用于無線充電線圈的功率傳輸 |
弘源(HONGFARAD) | 404J100V | 無線充專用諧振電容,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 |
萬國(AOS) | AON7934 | 三顆非對稱雙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 |
萬國(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(來源:聚豐開發(fā))
品牌 | 型號 | 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 | 射頻識別芯片 |
安浩芯(AHX) | SDG5011 | 無線充電發(fā)射芯片 |
安浩芯(AHX) | SDG5141 | 無線充電接收芯片 |
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,聚焦服務(wù)長尾市場的中小微電子企業(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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