SKG W5护膝仪如何实现多功能?
近年来,理疗与康复类可穿戴设备不断扩展,从眼部、颈部到关节护理,应用场景日益多样化。膝关节作为高频受力部位,既面临运动后修复的需求,也有老龄化群体的保健痛点,因此护膝仪正成为健康电子市场的新兴品类。
本次 Big-Bit 拆解带来的是 SKG W5 系列一代护膝仪。其在产品宣传中强调 恒温热敷、震动按摩、气囊包裹 等多重功能,兼顾舒适性与便携性。其设计不仅着眼于局部加热,更通过多模式组合,提供类似理疗场景的复合体验。
一起来看看该款护膝仪的电机驱动、锂电管理、充电等功能的方案是如何设计的?又用到了哪些元器件?
SKG W5 护膝仪产品介绍
SKG W5 护膝仪包装盒。
护膝仪包装盒背面可以看到产品信息:
产品名称:护膝仪
型号:S5231TB
电池容量:2500mAh/18.5Wh
额定输入功率:14W
额定充电电压:5V
制造商:未来穿戴健康科技股份有限公司
打开护膝仪包装盒可以看到护膝仪本体。
SKG W5 护膝仪拆解
将护膝仪的底部撬开可以看到其内部电机。
将护膝仪电机上的螺丝拧掉,取出电机。
护膝仪电机厂商为齐力电机;型号为:BLDC3025;规格为DC7.4V。
量得护膝仪电机的直径为30.58mm。
继续撬开护膝仪可以看到用于发热的LED电路板。
护膝仪LED电路板特写。
将护膝仪顶部按钮处撬开可以看到其内部情况。
将其取出可以看到护膝仪主控电路板和锂电池组。
护膝仪主控电路板量得长为53.22mm;宽为48.28mm。
护膝仪锂电池组生产商为深圳市量能科技,型号为18650-2S1P;标称电压为7.4V;额定容量2500mAh;充电限制电压为8.4V。
将护膝仪锂电池包继续拆开可以看到锂电保护板。
护膝仪锂电保护板量得长为45.18mm;宽为8.02mm。
护膝仪锂电池组电芯特写。
护膝仪主控电路板
在护膝仪主控板上我们可以看到MCU、LED驱动、充电管理IC、语音IC、MOS等元器件。
该护膝仪的MCU来自普冉,型号为PY32MD310,封装形式为QFN32(5*5)。
PY32MD310 系列MCU采用 32 位 ARM® Cortex®-M0+ 内核,最高主频 48 MHz,内置最高 64 KB Flash 与 8 KB SRAM,支持多种封装形式。工作电压范围 2.0–5.5 V,温度范围 -40 ℃~105 ℃,并具备 Sleep 与 Stop 等低功耗模式。
芯片集成多种常用外设:2 路 SPI、2 路 USART(支持自动波特率检测)、1 路 I²C(支持 100 kHz/400 kHz)、1 路 12 位 ADC(最多 7 通道输入)、5 个 16 位定时器、LPTIM、RTC,以及独立/窗口看门狗。
在模拟与电机控制方面,PY32MD310 集成 2 个比较器、2 个运算放大器,并内置三相 PN 型半桥式栅极驱动器(6–36 V 工作电压,带 5 V/50 mA LDO),适用于单相/三相 BLDC、PMSM 电机驱动应用。芯片同时提供 3 通道 DMA、CRC-32、唯一 UID、SWD 调试接口等资源。
与传统 MCU+外部驱动器的电机控制方案相比,PY32MD310 将电机控制与驱动资源集成在单颗芯片上,不仅能减少 BOM 成本和 PCB 面积,也能在电机响应速度与可靠性上带来优势。
对于电机应用厂商而言,这种高集成度设计意味着更快的方案导入、更小的系统体积和更优的能效表现,有助于电机产品在消费级与工业级市场实现差异化。
PY32MD310在该护膝仪电路中负责整机功能的主控与电机驱动控制,并与显示/按键芯片交互,实现系统逻辑运行和安全保护。
护膝仪电机驱动MOS来自ALLPOWER(铨力),型号为AP3908GD,封装形式为PDFN5x6。
AP3908GD 是一款增强型 MOSFET,集成一个 N 沟道与一个 P 沟道功率管。
其规格为: N 沟道在 VGS=10V 时 RDS(on) 低于 13 mΩ,可承受 30V、36A 电流;P 沟道在 VGS=-10V 时 RDS(on) 低于 23 mΩ,可承受 30V、25A 电流。
在该护膝仪电路中,三颗AP3908GD组成BLDC电机的三相全桥驱动,与普冉 MCU 内置的预驱电路配合,由 MCU 输出 PWM 信号控制实现按摩电机的启停和转速调节。
护膝仪LED驱动来自天微电子,型号为TM1650,封装形式为SOP-16。
TM1650 是一款用于数码管显示的驱动控制芯片,内部集成 MCU 数字接口、数据锁存器、LED 驱动和键盘扫描电路。
芯片支持两种显示模式:8 段×4 位和 7 段×4 位,并提供 8 级亮度调节。段驱动电流大于 25 mA,位驱动电流大于 150 mA,适合中小型数码管显示应用。同时,它支持单键 7×4bit 输入(最多 28 个按键)和 4 组组合键识别,可实现常见的人机交互功能。
TM1650 在护膝仪电路中主要负责数码管显示驱动和按键扫描。
护膝仪语音IC 来自唯创知音,型号为WT588F02G-8S,封装形式为SOP-8。
护膝仪充电管理IC来自英集芯,型号为IP2326,封装形式为QFN-24(4*4)。
IP2326 是一款支持 15W 快充的 2 节/3 节串联锂电池升压充电芯片,采用同步开关架构并内置功率 MOS,工作频率为 500 kHz。
IP2326 内置 2 串电池充电均衡电路,可在充电过程中实时监测单节电池电压,保证电池组的一致性;同时具备 NTC 温度保护、输入过压/欠压保护、输出过流/过压/短路保护以及 IC 过温保护等多重安全机制。
在该护膝仪电路中,IP2326负责将 Type-C 接口输入的 5V 电压升压为 2 串或 3 串锂电池所需的充电电压,完成恒流/恒压调节和电池均衡。
护膝仪开关MOS来自ALLPOWER(铨力),型号为AP30P30Q,封装形式为PDFN3x3。
AP30P30Q 是 ALLPOWER 推出的一款 P 沟道增强型功率 MOSFET,耐压 -30 V,连续电流能力可达 -40 A,导通电阻在 VGS=-10 V 时低于 9 mΩ。
在该护膝仪电路中,AP30P30Q负责充电通路的通断控制和反向保护。
护膝仪锂电保护电路板
一颗丝印为252C的锂电保护IC,封装形式为SOT-23-6。
护膝仪锂电MOS来自富晶,型号为FS8205A,封装形式为TTSOP-8。
FS8205A 是一颗双 N 沟道功率 MOSFET,其规格为:VGS=4.5 V 时 RDS(on) 最大 27 mΩ,VGS=2.5 V 时最大 35 mΩ。
在该护膝仪电路中,两颗FS8205A并联负责放电电路的控制,一颗FS8205A负责充电电路的开关。
以上为此次护膝仪拆解全过程,最后放一张全家福。
Big-Bit拆解总结
从整体来看,SKG W5 一代护膝仪以普冉 MCU 为核心,围绕电机驱动、发热控制、充电管理和电池保护几个模块展开,功能划分明确,选型也相对务实。
其设计思路是“高集成主控 + 简洁外设 + 完整保护”,在有限空间内实现了多功能的协调运作。
护膝仪电机控制与驱动层面,普冉PY32MD310 集成了电机预驱功能,使它不仅承担整机工作模式与逻辑的调度,还能直接推动由三颗 ALLPOWER AP3908GD 搭建的三相全桥,为 BLDC 电机提供了完整的控制驱动方案。
这种“MCU 预驱 + 外置功率管”的电机驱动组合,既降低了 BOM 成本和 PCB 占用,又提高了电机响应速度和稳定性,非常适合体积受限、对电机控制精度有要求的小型健康设备。这是近年来在小家电、按摩类设备里逐渐普及的低成本高集成化方案。
护膝仪发热控制层面,护膝仪的热敷功能通过一整块 LED 阵列板来实现。这里选用 天微 TM1650,原本是一颗数码管 LED 显示驱动 IC,但在本设计中被用作 恒流驱动器,直接控制发热 LED 阵列。
护膝仪充电管理方面,选择英集芯 IP2326 充电 IC 配合 AP30P30Q P-MOS 做输入通断。IP2326 支持 2S/3S 串联电池、均衡充电、快充协议申请,能提升充电效率;而 AP30P30Q 则在前端作为高边开关,起到过压隔离和反灌保护作用。两者搭配,既保证了快充速度,又确保了接口与芯片在复杂充放电场景下的安全。
护膝仪电池保护方面,采用独立的保护板结构。252C 保护 IC 搭配 3 颗 FS8205A 双 MOS,其中两颗并联在放电路径,专门应对电机启动瞬间的大电流;另一颗独立负责充电路径。这种“放电加粗、充电单路”的不对称设计正是考虑到电机类应用放电冲击大、而充电电流较小的实际需求。
整体方案的逻辑非常统一:主控选择高集成 MCU 来减少外围和缩小体积,功率器件选低阻抗 MOS 来保证电机和电池的效率,快充部分通过充电 IC 与 P-MOS 组合来兼顾效率和接口安全,发热部分则巧妙复用显示驱动芯片来降低成本。
总体而言,这款护膝仪的电路方案在小体积、低功耗的前提下完成了多功能集成。器件选型上实现了全国产,而且每个器件的选型都与应用场景直接挂钩,通过合理的集成与复用,在成本、功能和安全之间找到最优平衡。
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