半导体技术可以保持刷电机的简单性
出乎意料的是，刷电机和白炽灯有很多共同点：它们都是19世纪发明并优化的，它们的易用性让它们在20世纪的我们日常生活中无处不在。他们还受到21世纪重视能效的法律法规的影响。目前白炽灯已经基本消失，但能效更高的无刷电机仍只是在慢慢取代有刷电机。这部分是由于成本，但也是因为在实施无刷电机系统时仍然存在重大的技术挑战。半导体技术促进了廉价但低效的白炽灯的消失，这也可能导致有刷电机的相同结果。
电机无处不在，但不像灯泡，没有那么明显。当有无生命的物理在运动时，它很可能是由马达驱动的。这些电机驱动我们家的冰箱、洗碗机和洗衣机。他们打开门，运行步行电梯、垂直电梯和火车带我们去上班。我们工作时，他们煮咖啡，给电脑降温，开空调。在现代汽车中，20-50台电机用于为各种功能提供动力，如调节后视镜、前照灯和座椅、燃油泵、水泵和挡风玻璃液，以及辅助制动和转向。将来，马达甚至会负责让汽车自行移动。
在过去的一个世纪里，这些应用选择的电机大多是有刷电机，因为它非常容易使用。就像灯泡一样，只要通电，它就会工作——当反向电压通过端子时，电机就会反转方向。改变电压，速度也会改变。这种简单性可能是由于电机中的机械开关(换向器)导致它旋转。换向器由旋转铜滑环和滑动接头(称为电刷)组成。旋转铜滑环连接到旋转电机的线圈，滑动接头使电流从固定电机外壳流向滑环。当电机线圈组件旋转时，线圈端子在电刷上滑动，表明电流流经线圈并以这种方式保持旋转。
图1:有刷电机示意图
换向器虽然让有刷电机好用，但也是问题的主要来源。换向器容易受到机械磨损，这限制了电机的使用寿命。电刷磨损会产生灰尘，这会降低电机性能。此外，当电机电流沿着滑环在线圈之间流动时，会产生电弧。这种刷弧会产生臭氧，并产生噪声和电子辐射，可能会干扰电话、无线电和无线通信网络等电气设备。在多尘或易燃的环境中，刷弧可能非常危险，因为它会导致火灾甚至爆炸。换向器采用机械电刷，也限制了电机的电能效率高达70%；无刷电机可以实现高达90%的能效(正如尼古拉特斯拉在19世纪末展示的那样)。如果说无刷电机比有刷电机更节能、更可靠、更环保，那为什么有刷电机在今天还这么普遍？
就像白炽灯和LED灯一样，用更复杂更昂贵的东西代替便宜简单的东西，通常一开始需要政府的强大压力，直到量产降低价格。国际能效标准(如北美的能源之星、欧盟的生态设计)强制企业遵守。此外，消费者越来越重视环境和节能，现在更愿意花钱购买节能产品，要么是出于良心原因，要么是为了减少电费。因此，能效除了是纯粹的监管要求外，还被视为工程师将自己的产品与竞争对手区分开来的一种方式。同样，在汽车领域，要求汽车制造商通过收紧二氧化碳排放标准来提高燃油经济性。这可以通过许多创造性的方法来实现，但一个可持续的方法是驱动传统上与发动机和马达相连的系统。后者可以更好地针对手头的任务进行优化，并且只在必要时运行。一个很好的例子是动力转向系统，它必须在发动机怠速时提供最大的转向支持。当动力转向系统仍与发动机相连时，在公交车上消耗大量动力，然后转向最小。因此，汽车中的动力转向系统已经成为第一个使用无刷电机的应用。随着法规的日益严格，无刷电机被设计成在液压泵中提供制动支持、发动机冷却风扇、燃油泵、油泵/水泵等。
虽然用无刷电机代替传统的有刷电机是提高能效和可靠性、消除噪声和污染的快速方法，但无刷电机的实现对工程师来说是一个巨大的挑战。必须由换向器机械完成的工作现在由三相逆变器供电来完成。逆变器需要一个栅极驱动器，该驱动器通常由执行复杂电机控制算法的微控制器控制。因此，开发这些应用的工程师不仅需要精通硬件设计和微控制器编程，还需要对电机物理有深刻的理解，以设计出系统中最大的能效。无刷电机应用设计人员通常没有这些技能，所以他们不愿意使用无刷电机。
这些工程师需要的是现成的解决方案，不需要深入的设计和编程专业知识，就能让无刷电机运行。目的是让无刷电机的应用开发和有刷电机的开发一样简单，让应用工程师专注于自己的专业知识，而不是如何让电机旋转。类似于LED灯取代白炽灯，半导体行业可以通过为客户解决电机控制系统的复杂性来支持切换到无刷电机部署。有利的是，一些公司开始迎接挑战。
安塞尔米半导体就是一个例子，该公司专注于工业和汽车无刷电机的开发，为立体声设备、磁盘驱动器和冷却风扇提供“易于使用”的电机驱动体验。特别是，公司推出了高度集成的LV8907电机驱动IC，使得无刷电机像有刷电机一样易于使用，无需任何软件开发。LV8907可用于12 V工业和消费电子应用，并与汽车要求兼容，只需要6个电源开关和几个分立电阻和电容。该IC负责启动，无需传感器换向和无刷电机运行所需的各种安全功能。电机和应用相关参数通过SPI接口上传后，需要控制电机转速
脉宽调制信号（PWM）-就像有刷电机应用一样。所有相关参数可存储在该器件的嵌入式非易失性（OTP）存储器中，并将在应用的生命周期内保持固定。
虽然可使用一个开关用于固定速度模式，但LV8907的内置P-I速度控制回路结合PWM输入，支持在不同电源电压和负载条件下电机速度的精确调控。得益于该器件集成的保护功能，可保护应用免受过流、过压和过温及其它故障条件的损害。在堵转的情况下，LV8907将停止驱动电机，并在设置间隔后再重启。
总之，从有刷向无刷电机的过渡已在进行，出于能效的原因，和日益严格的政府法规正加速这开发。然而，由于这过渡涉及显著的技术挑战，他们仍存在障碍来增加无刷电机应用的范围。通过引入无刷电机智能电机控制方案，半导体行业正提供越来越多的产品，消除这些障碍。因此，无刷电机，像LED灯，可能随着21世纪引进新技术来应对环境的挑战而越来越普遍。也许很快，有刷电机就像白炽灯一样成为历史。