近年來(lái)，理療與康復(fù)類(lèi)可穿戴設(shè)備不斷擴(kuò)展，從眼部、頸部到關(guān)節(jié)護(hù)理，應(yīng)用場(chǎng)景日益多樣化。膝關(guān)節(jié)作為高頻受力部位，既面臨運(yùn)動(dòng)后修復(fù)的需求，也有老齡化群體的保健痛點(diǎn)，因此護(hù)膝儀正成為健康電子市場(chǎng)的新興品類(lèi)。
本次 Big-Bit 拆解帶來(lái)的是 SKG W5 系列一代護(hù)膝儀。其在產(chǎn)品宣傳中強(qiáng)調(diào) 恒溫?zé)岱?、震?dòng)按摩、氣囊包裹 等多重功能，兼顧舒適性與便攜性。其設(shè)計(jì)不僅著眼于局部加熱，更通過(guò)多模式組合，提供類(lèi)似理療場(chǎng)景的復(fù)合體驗(yàn)。
一起來(lái)看看該款護(hù)膝儀的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鋰電管理、充電等功能的方案是如何設(shè)計(jì)的？又用到了哪些元器件？

SKG W5 護(hù)膝儀產(chǎn)品介紹

SKG W5 護(hù)膝儀包裝盒。

護(hù)膝儀包裝盒背面可以看到產(chǎn)品信息：

產(chǎn)品名稱(chēng)：護(hù)膝儀
型號(hào)：S5231TB
電池容量：2500mAh/18.5Wh
額定輸入功率：14W
額定充電電壓：5V
制造商：未來(lái)穿戴健康科技股份有限公司

打開(kāi)護(hù)膝儀包裝盒可以看到護(hù)膝儀本體。

SKG W5 護(hù)膝儀拆解

將護(hù)膝儀的底部撬開(kāi)可以看到其內(nèi)部電機(jī)。

將護(hù)膝儀電機(jī)上的螺絲擰掉，取出電機(jī)。

護(hù)膝儀電機(jī)廠商為齊力電機(jī)；型號(hào)為：BLDC3025；規(guī)格為DC7.4V。

量得護(hù)膝儀電機(jī)的直徑為30.58mm。

繼續(xù)撬開(kāi)護(hù)膝儀可以看到用于發(fā)熱的LED電路板。

護(hù)膝儀LED電路板特寫(xiě)。

將護(hù)膝儀頂部按鈕處撬開(kāi)可以看到其內(nèi)部情況。

將其取出可以看到護(hù)膝儀主控電路板和鋰電池組。

護(hù)膝儀主控電路板量得長(zhǎng)為53.22mm；寬為48.28mm。

護(hù)膝儀鋰電池組生產(chǎn)商為深圳市量能科技，型號(hào)為18650-2S1P；標(biāo)稱(chēng)電壓為7.4V；額定容量2500mAh；充電限制電壓為8.4V。

將護(hù)膝儀鋰電池包繼續(xù)拆開(kāi)可以看到鋰電保護(hù)板。

護(hù)膝儀鋰電保護(hù)板量得長(zhǎng)為45.18mm；寬為8.02mm。

護(hù)膝儀鋰電池組電芯特寫(xiě)。

護(hù)膝儀主控電路板

在護(hù)膝儀主控板上我們可以看到MCU、LED驅(qū)動(dòng)、充電管理IC、語(yǔ)音IC、MOS等元器件。

該護(hù)膝儀的MCU來(lái)自普冉，型號(hào)為PY32MD310，封裝形式為QFN32(5*5)。
PY32MD310 系列MCU采用 32 位 ARM? Cortex?-M0+ 內(nèi)核，最高主頻 48 MHz，內(nèi)置最高 64 KB Flash 與 8 KB SRAM，支持多種封裝形式。工作電壓范圍 2.0–5.5 V，溫度范圍 -40 ℃~105 ℃，并具備 Sleep 與 Stop 等低功耗模式。

芯片集成多種常用外設(shè)：2 路 SPI、2 路 USART（支持自動(dòng)波特率檢測(cè)）、1 路 I2C（支持 100 kHz/400 kHz）、1 路 12 位 ADC（最多 7 通道輸入）、5 個(gè) 16 位定時(shí)器、LPTIM、RTC，以及獨(dú)立/窗口看門(mén)狗。
在模擬與電機(jī)控制方面，PY32MD310 集成 2 個(gè)比較器、2 個(gè)運(yùn)算放大器，并內(nèi)置三相 PN 型半橋式柵極驅(qū)動(dòng)器（6–36 V 工作電壓，帶 5 V/50 mA LDO），適用于單相/三相 BLDC、PMSM 電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。芯片同時(shí)提供 3 通道 DMA、CRC-32、唯一 UID、SWD 調(diào)試接口等資源。

與傳統(tǒng) MCU+外部驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)控制方案相比，PY32MD310 將電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)資源集成在單顆芯片上，不僅能減少 BOM 成本和 PCB 面積，也能在電機(jī)響應(yīng)速度與可靠性上帶來(lái)優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于電機(jī)應(yīng)用廠商而言，這種高集成度設(shè)計(jì)意味著更快的方案導(dǎo)入、更小的系統(tǒng)體積和更優(yōu)的能效表現(xiàn)，有助于電機(jī)產(chǎn)品在消費(fèi)級(jí)與工業(yè)級(jí)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)差異化。
PY32MD310在該護(hù)膝儀電路中負(fù)責(zé)整機(jī)功能的主控與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，并與顯示/按鍵芯片交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邏輯運(yùn)行和安全保護(hù)。

護(hù)膝儀電機(jī)驅(qū)動(dòng)MOS來(lái)自ALLPOWER(銓力)，型號(hào)為AP3908GD，封裝形式為PDFN5x6。
AP3908GD 是一款增強(qiáng)型 MOSFET，集成一個(gè) N 溝道與一個(gè) P 溝道功率管。
其規(guī)格為： N 溝道在 VGS=10V 時(shí) RDS(on) 低于 13 mΩ，可承受 30V、36A 電流；P 溝道在 VGS=-10V 時(shí) RDS(on) 低于 23 mΩ，可承受 30V、25A 電流。
在該護(hù)膝儀電路中，三顆AP3908GD組成BLDC電機(jī)的三相全橋驅(qū)動(dòng)，與普冉 MCU 內(nèi)置的預(yù)驅(qū)電路配合，由 MCU 輸出 PWM 信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)按摩電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

護(hù)膝儀LED驅(qū)動(dòng)來(lái)自天微電子，型號(hào)為T(mén)M1650，封裝形式為SOP-16。
TM1650 是一款用于數(shù)碼管顯示的驅(qū)動(dòng)控制芯片，內(nèi)部集成 MCU 數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED 驅(qū)動(dòng)和鍵盤(pán)掃描電路。
芯片支持兩種顯示模式：8 段×4 位和 7 段×4 位，并提供 8 級(jí)亮度調(diào)節(jié)。段驅(qū)動(dòng)電流大于 25 mA，位驅(qū)動(dòng)電流大于 150 mA，適合中小型數(shù)碼管顯示應(yīng)用。同時(shí)，它支持單鍵 7×4bit 輸入（最多 28 個(gè)按鍵）和 4 組組合鍵識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的人機(jī)交互功能。
TM1650 在護(hù)膝儀電路中主要負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和按鍵掃描。

護(hù)膝儀語(yǔ)音IC 來(lái)自唯創(chuàng)知音，型號(hào)為WT588F02G-8S，封裝形式為SOP-8。

護(hù)膝儀充電管理IC來(lái)自英集芯，型號(hào)為IP2326，封裝形式為QFN-24（4*4）。
IP2326 是一款支持 15W 快充的 2 節(jié)/3 節(jié)串聯(lián)鋰電池升壓充電芯片，采用同步開(kāi)關(guān)架構(gòu)并內(nèi)置功率 MOS，工作頻率為 500 kHz。
IP2326 內(nèi)置 2 串電池充電均衡電路，可在充電過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單節(jié)電池電壓，保證電池組的一致性；同時(shí)具備 NTC 溫度保護(hù)、輸入過(guò)壓/欠壓保護(hù)、輸出過(guò)流/過(guò)壓/短路保護(hù)以及 IC 過(guò)溫保護(hù)等多重安全機(jī)制。
在該護(hù)膝儀電路中，IP2326負(fù)責(zé)將 Type-C 接口輸入的 5V 電壓升壓為 2 串或 3 串鋰電池所需的充電電壓，完成恒流/恒壓調(diào)節(jié)和電池均衡。

護(hù)膝儀開(kāi)關(guān)MOS來(lái)自ALLPOWER(銓力)，型號(hào)為AP30P30Q，封裝形式為PDFN3x3。
AP30P30Q 是 ALLPOWER 推出的一款 P 溝道增強(qiáng)型功率 MOSFET，耐壓 -30 V，連續(xù)電流能力可達(dá) -40 A，導(dǎo)通電阻在 VGS=-10 V 時(shí)低于 9 mΩ。
在該護(hù)膝儀電路中，AP30P30Q負(fù)責(zé)充電通路的通斷控制和反向保護(hù)。
護(hù)膝儀鋰電保護(hù)電路板

一顆絲印為252C的鋰電保護(hù)IC，封裝形式為SOT-23-6。

護(hù)膝儀鋰電MOS來(lái)自富晶，型號(hào)為FS8205A，封裝形式為T(mén)TSOP-8。

FS8205A 是一顆雙 N 溝道功率 MOSFET，其規(guī)格為：VGS=4.5 V 時(shí) RDS(on) 最大 27 mΩ，VGS=2.5 V 時(shí)最大 35 mΩ。
在該護(hù)膝儀電路中，兩顆FS8205A并聯(lián)負(fù)責(zé)放電電路的控制，一顆FS8205A負(fù)責(zé)充電電路的開(kāi)關(guān)。

以上為此次護(hù)膝儀拆解全過(guò)程，最后放一張全家福。
Big-Bit拆解總結(jié)

從整體來(lái)看，SKG W5 一代護(hù)膝儀以普冉 MCU 為核心，圍繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)熱控制、充電管理和電池保護(hù)幾個(gè)模塊展開(kāi)，功能劃分明確，選型也相對(duì)務(wù)實(shí)。
其設(shè)計(jì)思路是“高集成主控 + 簡(jiǎn)潔外設(shè) + 完整保護(hù)”，在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多功能的協(xié)調(diào)運(yùn)作。
護(hù)膝儀電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)層面，普冉PY32MD310 集成了電機(jī)預(yù)驅(qū)功能，使它不僅承擔(dān)整機(jī)工作模式與邏輯的調(diào)度，還能直接推動(dòng)由三顆 ALLPOWER AP3908GD 搭建的三相全橋，為 BLDC 電機(jī)提供了完整的控制驅(qū)動(dòng)方案。
這種“MCU 預(yù)驅(qū) + 外置功率管”的電機(jī)驅(qū)動(dòng)組合，既降低了 BOM 成本和 PCB 占用，又提高了電機(jī)響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，非常適合體積受限、對(duì)電機(jī)控制精度有要求的小型健康設(shè)備。這是近年來(lái)在小家電、按摩類(lèi)設(shè)備里逐漸普及的低成本高集成化方案。
護(hù)膝儀發(fā)熱控制層面，護(hù)膝儀的熱敷功能通過(guò)一整塊 LED 陣列板來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里選用 天微 TM1650，原本是一顆數(shù)碼管 LED 顯示驅(qū)動(dòng) IC，但在本設(shè)計(jì)中被用作 恒流驅(qū)動(dòng)器，直接控制發(fā)熱 LED 陣列。
護(hù)膝儀充電管理方面，選擇英集芯 IP2326 充電 IC 配合 AP30P30Q P-MOS 做輸入通斷。IP2326 支持 2S/3S 串聯(lián)電池、均衡充電、快充協(xié)議申請(qǐng)，能提升充電效率；而 AP30P30Q 則在前端作為高邊開(kāi)關(guān)，起到過(guò)壓隔離和反灌保護(hù)作用。兩者搭配，既保證了快充速度，又確保了接口與芯片在復(fù)雜充放電場(chǎng)景下的安全。
護(hù)膝儀電池保護(hù)方面，采用獨(dú)立的保護(hù)板結(jié)構(gòu)。252C 保護(hù) IC 搭配 3 顆 FS8205A 雙 MOS，其中兩顆并聯(lián)在放電路徑，專(zhuān)門(mén)應(yīng)對(duì)電機(jī)啟動(dòng)瞬間的大電流；另一顆獨(dú)立負(fù)責(zé)充電路徑。這種“放電加粗、充電單路”的不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)正是考慮到電機(jī)類(lèi)應(yīng)用放電沖擊大、而充電電流較小的實(shí)際需求。
整體方案的邏輯非常統(tǒng)一：主控選擇高集成 MCU 來(lái)減少外圍和縮小體積，功率器件選低阻抗 MOS 來(lái)保證電機(jī)和電池的效率，快充部分通過(guò)充電 IC 與 P-MOS 組合來(lái)兼顧效率和接口安全，發(fā)熱部分則巧妙復(fù)用顯示驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)降低成本。
總體而言，這款護(hù)膝儀的電路方案在小體積、低功耗的前提下完成了多功能集成。器件選型上實(shí)現(xiàn)了全國(guó)產(chǎn)，而且每個(gè)器件的選型都與應(yīng)用場(chǎng)景直接掛鉤，通過(guò)合理的集成與復(fù)用，在成本、功能和安全之間找到最優(yōu)平衡。

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審核編輯 黃宇