电动牙刷方案浅析
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!
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