電動牙刷方案淺析
根據奧維云網的監(jiān)測數據,2020年電動牙刷品牌多達1068個,賣出了4080.79萬支,零售總額達到74.12億元,預計2021年的市場規(guī)模將達到94億元。千商混戰(zhàn),堪比當年華強北山寨手機的黃金時代。
圖1 部分電動牙刷品牌(來源:小飯桌)
根據普華有策的數據報告,2020年中國電動牙刷的滲透率是8%,而歐美發(fā)達國家的滲透率多超過30%;與我們生活習慣類似的日本及韓國,電動牙刷滲透率分別是30.6%和 81.7%,所以國內的電動牙刷有著至少幾倍的成長空間。
圖2 電動牙刷方案框圖(來源:ST官網)
根據速賣通平臺的數據顯示,2020年國產電動牙刷在歐洲、中東等多個海外市場出現了爆發(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%。所以中國電動牙刷的跨境出海也是一片藍海。
今天我們從元器件選型及方案簡單剖析一下電動牙刷。電動牙刷結構簡單,一般由可拆卸刷頭(更換方便)、塑膠外殼(需密封防水)、電機、主控板PCBA、電池與充電管理(一般是無線充電)等部分組成,其核心器件及技術落在電機與振動設計上,我們在研發(fā)設計階段就得想方設法避免侵犯知識產權,牢牢占據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 電動牙刷主要結構組成(來源:有趣的制造)
飛利浦擁有多項聲波振動式專利,歐樂B則是旋轉振動式的代表,長期牢牢占據著電動牙刷領域的霸主地位。為避免侵權,國產品牌研發(fā)設計和振動方式上的創(chuàng)新余地已然較小,走名詞上的創(chuàng)新實屬無奈,例如磁懸浮聲波振動式。底層創(chuàng)新,或得從根源處“最核心的器件-電機及驅動”著手,但還是飛利浦和歐樂B以電機自供占得先機,或許戴森來做電動牙刷才能有效發(fā)起挑戰(zhàn)。千余家電動牙刷品牌,根據振動方式和振動頻率都可以放入以下分類:
圖4 電動牙刷按機械原理分類(來源:有趣的制造)
圖5 電動牙刷按振動分類(來源:動脈網)
絕大部分電動牙刷都在中國制造,品質差異已不太大,而市面上電動牙刷成本和售價的差異,源自電機和芯片差異。振動頻率6000~8000次/Min的電機,成本已可低至1塊錢,或是造就9.9元電動牙刷的真核;而振動頻率在32000次/Min以上的電機,成本則達數十塊不等,電機驅動及控制芯片成本少則數塊,多則數十塊。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)測永磁電機的移動 |
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 |
- | - | 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 |
- | - | 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 |
- | - | 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 |
聯智(CELFRAS) | CWT500 | 無線充電底座的主控芯片,QI協議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驅動濾波 |
萬國(AOS) | AON7934 | 三顆非對稱雙NMOS,耐壓30V,用于永磁同步伺服電機驅動 |
大疆創(chuàng)新(DJI) | IESC1000 | 用于永磁同步伺服電機驅動控制 |
萬國(AOS) | AON2409 | PMOS,用于電路控制 |
TDK/應美盛(TDK/INVENSENSE) | MPU-6500 | 3軸加速度及3軸角度傳感器,內置數字運動處理器,用于運動追蹤功能 |
霖昶(RAINSUN) | - | 貼片陶瓷藍牙天線 |
恩智浦(NXP) | QN9080 | 超低功耗藍牙5.0 MCU |
復微(FMSH) | FM17550 | NFC通訊芯片 |
宜揚(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 |
evowera | EVO19370 | 1080mAh/3.99Wh/3.7V電池,由新輝卓能(NEW LIGHT)供應 |
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 | 低功耗藍牙主控芯片 |
巴丁微(BD MICRO) | BDR6122T | 單通道H橋電機驅動芯片 |
*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,由金龍機電(KOTL)供應 |
素士(SOOCAS) | - | 素士定制鈷酸鋰電池,由鵬輝(GREAT POWER)供應 |
- | - | 按鍵、接口、連接器、阻容感、指示燈等 |
表5 米家聲波牙刷 BOM表
既要懂機械原理,工業(yè)設計不得抄襲得有創(chuàng)新,要從零開始設計和研發(fā)一款電動牙刷,難度并不小,希望這篇文章提供一些技術和選型參考。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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