一、控制器基本工作原理：控制器跟據電機換相信號（三個霍爾傳感器 hall-sensor 輸出的六種不同信號）輸出相應的控制信號來驅動功率晶體管順序導通使電機旋轉，如下圖1中AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及 AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經電機線圈產生順向(或逆向)旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當直流無刷電機轉子轉動到 hall-sensor 感應出另一組信號的位置時，直流無刷電機控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環電機就可以依同一方向繼續轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。
當電機轉動起來，控制部會再根據驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。高轉速的速度控制必須考慮到系統的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、實時性。至于低轉速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據電機特性適當配置控制參數值就顯得非常重要。或者速度回傳改變以encoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉順暢而且響應良好，P.I.D.控制的恰當與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部現在電機轉速距離目標速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補償，方式有傳統的工程控制如P.I.D.控制。
一般P.I.D控制如下
P.控制(比例控制) ：輸出與輸入誤差訊號成正比關系，即將誤差固定比例修正，但系統會有穩態誤差。
I .控制(積分控制) ：當系統進入穩態有穩態誤差時，將誤差取時間的積分，即便誤差很小也能隨時間增加而加大，使穩態誤差減小直到為零。
D.控制(微分控制)：當系統在克服誤差時，其變化總是落后于誤差變化，表示系統存在較大慣性組件或(且)有滯后組件。微分即是預測誤差變化的趨勢以便提前作用避免被控量嚴重沖過頭。
二、無刷直流電機控制系統框圖,如圖2所示:
圖2 控制系統框圖
（1）微控制器
主要功能是根據電動機旋轉方向的要求和來自霍爾轉子位置傳感器的三個輸出信號，將它們處理成功率驅動單元的六個功率開關器件所要求的驅動順序。微控制器的另一個重要作用是根據電壓、電流和轉速等反饋模擬信號，以及隨機發出的制動信號，經過AD變換和必要的運算后，借助內置的時鐘信號產生一個帶有上述各種信息的脈寬調制信號。
（2）功率驅動單元
主要包括功率開關器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。自舉電路由分立器件構成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅動集成電路。
（3）位置傳感器
位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定轉子磁極位置的作用，為邏輯開關電路提供正確的換相信息。
（4）周邊輔助、保護電路
主要有電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護電路、調速信號和制動信號等輸入電路。
三、功能和保護
控制器是無刷直流電動機正常運行并實現各種調速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能：
（1）對轉子位置檢測器輸出的信號、PWM調制信號、正反轉和停車信號進行邏輯綜合，為驅動電路提供各開關管的斬波信號和選通信號，實現電機的正反轉及停車控制。
（2）產生PWM調制信號，使電機的電壓隨給定速度信號而自動變化，實現電機開環調速。
（3）對電動機進行速度閉環調節和電流閉環調節，使系統具有較好的動態和靜態性能。
（4）實現短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路。
1、無級調速
直流無刷電機的速度依靠電機相電壓大小來調整，通過PWM脈寬調制來調節電機相電壓。如圖3。PWM的頻率為15.6KHz。控制器控制方式采用電流（轉矩）閉環控制，故PWM脈沖的寬度由調速轉把電壓、控制器輸出電流、電源電壓、控制器溫度等因素決定。
圖3 PWM脈寬調制電機電壓與電流示意圖
2.限流保護與過流保護
電流信號經康銅絲采樣之后分兩路，一路送至放大器，一路送至比較器。如圖4。
放大器用來實時放大電流信號，放大后的信號提供給單片機進行AD采樣轉換，單片機根據電流采樣的結果實時調整PWM的占空比，實現電流閉環來控制電流不超過允許值。另一路信號送至比較器，正常時的電流絕對不會讓該比較器翻轉，當電流由于某種原因突然增大到一定程度，比如電機相間短路或一只MOSFET擊穿時，該比較器翻轉從而觸發單片機的外部中斷，單片機就會快速完全關斷驅動進入保護狀態，從而保護MOSFET，避免故障進一步擴大。
3.欠壓保護
欠壓保護這是針對蓄電池的保護動作，如果蓄電池過放電，將導致蓄電池的永久損壞。
當電源電壓小于欠壓保護電壓時，控制器切斷電機供電。欠壓保護電壓和蓄電池電壓上升后恢復驅動這兩個電壓應有一定回差，比如48V電池欠壓點在42V，而恢復供電點在45V，避免控制器頻繁進入保護狀態。
另外，當蓄電池電壓接近欠壓時，控制器會減小供給電機的電流，這在一方面可以提醒使用者電池處于虧欠狀態，小電流放電避免了電池的損壞；另一方面還可以使整機繼續跑動相當長的距離而不會經常進入保護狀態。
4.剎車斷電：控制器監測到剎車信號后關閉所有的驅動輸出和PWM輸出。
5.堵轉保護
當電機堵轉時，控制器電流始終通過同一組MOSFET，此時MOSFET損耗達到最大。為了防止電機發生堵轉時MOSFET溫度高而造成永久損害，必須采取相應的保護措施，通常是要在堵轉發生之后數秒鐘之內切斷電機的供電。一般堵轉保護時間是2-4秒。
另外，要注意的是有時電機雖然未發生堵轉，但剛好在換相的臨界點，此時會產生頻繁的換相動作，這對MOSFET也是有害的，所以也是當作堵轉來處理。
6.溫度保護
溫度保護是為降低控制器與電機溫度的一種保護策略。 控制器MOSFET的功率損耗隨著電機負載的加大而增加，當電機堵轉時，控制器的MOSFET損耗達到最大。為了使控制器更加可靠，通常我們將MOSFET表面溫度控制在120℃以下。通常我們采用良好的散熱結構來解決控制器溫升，但控制器會在比較惡劣的環境下工作，譬如，高溫大負載等，此時控制器MOSFET表面溫度會超過120℃。因此必須另外提供降溫措施。
當MOSFET表面溫度超過100℃時控制器開啟溫度保護功能逐步降低控制器輸出功率的方法來控制MOSFET溫度不超過120℃。