教你如何自制一款USB-C三路分流器

背景

随着 USB-C 设备充电的广泛普及，仅需一个 45 瓦 USB-C 氮化镓充电器和一根数据线，就能为手机、笔记本、相机、手电筒、移动电源、耳机等所有 USB-C 设备充电。但单充电器单数据线的组合，在多设备同时充电（尤其是夜间低功率充电）时存在局限 —— 多数 USB-C 设备夜间充电仅需 5V 低功率。这款分线器可连接现有 USB-C 数据线，搭配单充电器实现多设备同时充电，无需携带笨重的多口充电器和多根线缆。

安全说明

为了安全起见，当分配器显示连接到3A电流的充电器时，分线器才会通电，可复位保险丝用来保护过流。当连接到带电的 USB-C 线时，白色LED会亮起，表示分线器已接通电源。当充电器能提供 5V 3A 电流时，绿色 LED 灯亮起，表示分线器输出端已通电，可正常为设备充电。

输出端将 D + 与 D - 短接，根据 USB 电池充电标准，可为连接设备提供约 1.5A 电流。

设计原理

分线器仅在 USB-C 输入端能提供 5V 3A 电流时启动。核心判定方式是监控 USB-C 的 CC 线路电压：根据 USB-PD 标准，若 CC 引脚电压大于 1.31V，代表充电器可提供 5V 3A 电流；实际设计中采用 1.25V 作为参考阈值（该阈值高于 1.16V 截止电压，可稳定工作），当 CC 线路电压大于 1.25V 时，输出端通电，绿色 LED 灯亮起。

CC线电压检查由一对比较器完成，分别监测两条CC线（因为USB-C输入线可以任意插入）。CC线电压与1.25V参考电压（由ST TS4061AICT-1.25分流二极管参考提供）比较——1.31V电压参考更精确，但不易获得，且1.25V高于1.16V截止电压，且工作正常。比较器的输出通过一对二极管（作为或门）输入到SiP32509高侧开关上的ENABLE输入端，该开关负责开关输出的导通。该装置由3A可复位保险丝（Littelfuse 1812L300MR）保护过流。CC线和+5V母线通过SRV05-4 ESD二极管阵列和ESD5Z5V0 TVS二极管进行静电防护。

注意，输出线在输出CC和5V之间需要56K上拉电阻以符合USB-C协议——如果缺少这些电阻，有些设备可能无法充电。USB-A到USB-C线缆必须包含该电阻，因此建议使用截取USB-A转C线的USB-C端作为输出线。

外壳文件夹中附有3D打印机箱设计。外壳设计为两半3D打印;我的外壳采用半透明PETG打印，使指示灯LED透光。下层外壳内嵌有M3螺母——打印时必须暂停，且需插入M3螺母后才能继续打印。两半用M3x8沉头螺丝固定。外壳设计使用宜家USB-A转USB-C导线，因为这类导线普遍且价格低廉。外壳两端包裹Qualtek Q5-3X-3/16-01-QB48IN-25热缩管，为了散SiP32509（U2）的热量，电流在3A时预计会产生约0.4W的热量，在SiP32509与外壳之间使用导热垫可以散热。下层外壳有一个小孔，用于外壳注入热熔胶——使用高粘度封装剂以避免进入输入USB-C接口。下层外壳在SiP32509集成电路上方有一个小凸起地方，可放置一个1.5毫米厚的导热垫。

材料清单

定制零件

描述	数量	注释
印刷电路板（PCB）	1
上层外壳	1	FDM 3D打印
下层外壳	1	FDM 3D打印。内置4个M3螺母，必须在3D打印时安装

3D打印的零件是FDM 3D打印的PETG，虽然其他材料在这里可能也没问题。建议使用半透明或半透明材料，以便指示灯LED能够透光。

现成零件

描述	部件编号	数量	注释
宜家 USB-A 转 USB-C 线	IKEA 805.394.83	3
M3六角螺母，DIN 934，镀锌钢	McMaster-Carr 90591A250	4	通用的。避免用不锈钢防止磨损
M3x8一字螺丝，DIN 7991 / ISO 10642，六角驱动，18-8不锈钢	McMaster-Carr 92125A128	4	通用
胶粘衬热收缩器，3/16英寸 / 4.8毫米内径，收缩比3：1	Qualtek Qualtek Q5-3X-3/16-01-QB48IN-25	3个25毫米

我用的是Thermalright Extreme Odyssey 1.5mm的导热垫做我自己组装的，但其他1.5mm导热垫（比如Arctic TP-3）可能也行。导热垫不能导电。

我做的封装剂是用热熔胶的。确保封装剂的粘度足够高，不会进入USB-C输入口。

所需工具

工具	目的
平剪钳	剥线，修剪导线
烙铁	将USB-C输出线焊接到PCB上
焊锡	用来焊接
通量	这样给输出线上贴锡更容易
热风枪	用于热收缩应变缓解
剥线器	用于剥线

制作过程

1.） 通过插入一个支持 5V 3A 的 USB-C 电源来测试 PCB。插上电源时，白色和绿色LED灯应该都会亮起。接下来，用不支持5V 3A的电源（例如使用USB-A线）测试。插上电源时，只有白色LED会亮。

2.） 拔下PCB电源。

3.） 取一根USB-A转USB-C线，将USB-C端剪短至比所需长度长约20-30cm。

4.） 从外层绝缘层剥离约20毫米。我发现有效的方法是用一对平剪钳钳住绝缘层，沿着电缆平行处剪开，然后剪掉成下的绝缘层。剥离后，检查单个线的绝缘层是否受损。

  

5.） 把其中一根线的内层绝缘层剥离大约10mm。

6.） 用手紧紧缠绕导线。

7.） 在剥离的导线上施加助焊剂。

8.） 用一点焊锡把线焊成。这里尽量加足够的焊锡，避免线芯散开，但不要焊得太多，以免无法穿过PCB的输出孔。

9.） 对剩余导线重复步骤5到8。最好一次只做一根线，以防止导线之间散开。

10.） 剪下一些20-30mm长的热缩管：

11.） 将热缩管套在导线上。

12.） 将线焊接到三个输出脚印之一，并用平剪刀修剪多余的线。

以下线材颜色对应于PCB底部标注的引脚：

颜色	别针
黑色	GND
绿色	D-
白色	D+
红色	+5V

 

检查每根线的线之间是否短路。不过，根据根据USB电池充电标准，PCB上D+和D-是短路的，所以这两根特定的线是否短路不重要。

13.） 对剩余输出重复步骤3-12。记得焊接前先套上热缩管。再次检查线路之间是否短路。

14.） 再次将PCB插入5V 3A USB-C电源。检查绿灯和白灯是否都亮起。如果没有，可能某处存在短路了。

15.） 将热缩管沿着导线向下移动，如下所示：

17.） 使用热风枪，缩小热缩管：

18.） 将一块导热垫剪成与红色标注的凸起部分大小和形状相近，然后放上去： 

19.） 将PCB和焊接的线像这样放置在下层外壳上：

20.） 安装上方外壳，用4颗M3x8一字螺丝固定。 

21.） 通过再次将分线器插入5V 3A电源，并用它为各种设备（如手机）充电来测试。确保每个输出都能正常工作。如果没有，检查一下你的焊接情况。

22.）将封装剂注入下层箱体5毫米孔，让它干燥、凝固或固化。

23.）稍作冷却后就可以用啦。

开源地址

最后是该项目的开源地址：

https://p.eda.cn/d-1325401833157427200

有兴趣的小伙伴可以去华秋开源硬件社区查看！有商业诉求的，请联系项目的作者。