电动牙刷完整解决方案 电路图+BOM表+PCB布线图

电动牙刷是一个很好的项目，适合个人护理和消费电子产品制造商，以及工程师创业。电动牙刷作为深受年轻人、青少年和儿童欢迎的新一代牙刷，销量接近牙膏，是市场前景广阔的个人护理用品之一。

方案特征

电动牙刷的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。另外，振幅强度可以自由切换，既促进了口腔的血液循环，又保证了刷牙的效率和方便。

无线充电电动牙刷一般分为无线充电发射器(充电座)和声波电动牙刷(牙刷体)两部分。充电座用于无线充电发射器和ID识别。牙刷体具有无线充电接收、锂电池充电管理、放电管理、声波电机控制、LED指示四大功能，设计简单，制造方便。

该方案中的充电座采用USB 5V供电，通过LC谐振为牙刷本体供电，并提供单向通信功能，使充电座能够接收信息，识别牙刷本体发回的ID信息。

牙刷体提供充电管理和充电过程中LED电量显示的功能，牙刷体在运行时根据不同的设置控制声波电机进行相应的刷牙模式。

图一。图式原理与物理对象

1、充电座

BP45F0044内置高压N型MOSFET控制LC谐振，通过外部电流采样电阻与内置解调功能通信，还内置四段I/O直接LED电流选择，简化外部元器件。

外部电流采样电阻与解调功能通信，通过牙刷体返回的ID判断电源。如果返回的ID不正确，则停止供能，以降低系统的平均功耗。

2、牙刷体

主控IC BP45F1330内置锂电池充电管理的线性充电电路，集成H桥驱动电路控制电机正反转，内置四段I/O直推式LED电流选择，可省去外部限流电阻。

进入工作模式1时，会自动进入睡眠模式，系统完全停止运行，平均待机电流约为1A，从而达到省电的效果。

图解电路

无线充电功能是基于将充电底座的能量以交变磁场的形式传递到牙刷端，使牙刷端感应出交流电。牙刷端需要将感应出的交流电通过整流电路后，才能变成直流电源给IC和锂电池充电。通信在无线充电中也起着重要的作用。当充电座能与牙刷成功通信时，充电座会发射功率，平时会关闭功率发射和袖手旁观，降低功耗。牙刷体在工作时，根据不同的设置，控制声波电机进行相应的振幅摆动和频率摆动，达到不同的清洁效果。

该方案中，充电座的工作电压为DC5V(USB供电)，工作电流为160mA(接牙刷体)。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，通过外部电流采样电阻和解调功能进行通信和解调，通过牙刷体返回的ID判断是否供电。

牙刷体工作电压DC3.0~4.2V(锂电池供电)，待机功耗1A(休眠模式)，工作功耗600mA(LED声学马达)。主控IC BP45F1330内置的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。牙刷体的输入功率由LC谐振提供，然后通过稳压电路提供给IC。收费货币

(1)充电模式：牙刷体放在充电座上后进入充电模式。充电时，牙刷体的电池电压会点亮红色LED指示灯，大于3.3V小于3.8V时点亮黄色LED指示灯，大于3.8V时点亮蓝色LED指示灯，有呼吸灯效果。

(2)工作模式：牙刷本体有四种不同的工作模式，通过按键可以循环切换，其中工作模式0为进入睡眠模式，关闭振动和LED灯，工作模式1/2/3分别表示不同的清洁效果，三个白色LED灯表示当前工作模式。

BOM表和PCB布线

该方案包括两个MCU芯片，其中充电座采用移动电源专用MCU BP45F0044作为主控，并提供0.5K程序存储空间、四个双向I/O、高压N型MOSFET、可编程PWM电路和解调电路供用户使用。牙刷体采用BP45F1330作为主控MCU，提供2K程序存储空间和14路双向I/O和H桥驱动电路供用户使用。

在无线充电发射和数据接收方面，充电座采用BP45F0044内置高压N型MOSFET和可编程PWM电路控制LC谐振电路发射无线充电功率，内置解调电路用于无线充电数据接收。在声波电机和锂电池充电控制方面，牙刷体采用BP45F1330内置H桥驱动电路控制声波电机，内置线性充电电路为锂电池充电。

图3。pcb布局

在充电电路部分，牙刷体的输入电源处需要设计一个前端保护电路，由全桥电路整流，稳压二极管稳压，防止能量过高时损坏牙刷体的IC。由于该方案电流约为45mA，电压为5V，功率为0.225W，所以选用0.5W的齐纳二极管作为稳压器。

充电站线圈电感为8.9H，预设谐振频率为130kHz，利用LC谐振公式，谐振电容为168.41nF，调整PWM程序中的LCFreq和PWMDuty参数，使PWM输出可以在LC谐振波形的零点切换。该方案调整的PWM频率为114.3kHz。那么牙刷体的电感为20H，基于充电底座的PWM频率，牙刷体的谐振电容为96.97nF。

图4。电动牙刷方案BOM表

选择线圈时，充发射线圈采用线径为0.6mm的多芯漆包绞线，电感为32.01H，尺寸为高8mm，直径10mm，圆柱形，带磁柱。声波电动牙刷的线圈用线径0.3mm的单芯漆包线缠绕18圈，电感53.59H，尺寸为高9mm，直径15mm。审计福冈江