Sospecho sobretensión en el chip, con una segunda posibilidad de saturación del inductor como sugirió @oldfart en un comentario.

Su derivación de suministro es un capacitor electrolítico, un poco lejos del chip y es un electrolítico pequeño, por lo que tiene una ESR relativamente alta (y, desafortunadamente, una ESR que aumentará a medida que el capacitor envejezca).

La corriente de ondulación de entrada, en combinación con la inductancia parásita del cableado, puede provocar una sobretensión en la entrada del chip. Sugiero probarlo con un suministro con cables largos y probar en los límites del rango de suministro. Coloque un osciloscopio en los rieles de alimentación y vea qué tan grandes son los picos. Un capacitor cerámico de 22 µF con un electrolítico (por ejemplo, 1000 µF/25 V 105 °C) en paralelo, si tiene espacio, sería mucho mejor. Compruebe que la cerámica de "22 µF" esté por encima de los 10 µF con el voltaje máximo de funcionamiento. Debe estar lo más cerca posible del chip. Y, por supuesto, es mejor seguir las prácticas de diseño sugeridas en la hoja de datos tanto como sea práctico.

La saturación del inductor es un problema diferente: tendería a ocurrir con un voltaje de suministro mínimo donde la corriente de entrada es máxima. Puede probarlo omitiendo su bloqueo de bajo voltaje y reduciendo la entrada muy por debajo del mínimo normalmente esperado. Los síntomas serían una disipación de energía excesiva en el chip.

Problema: capacitor de ESR alto y barato e ignorar las notas de aplicación de diseño.

Editar

Ignorando las aplicaciones del automóvil si no se aplica, tome nota del requisito de condensadores ESR bajos.

Para este diseño se utilizan dos condensadores de salida TDK C3216X5R0J226M de 22 μF. La ESR típica es de 2 mΩ cada una. La corriente RMS calculada es de 0,286 A y cada condensador de salida está clasificado para 4 A.

Tenga en cuenta que 22 μF * 2 mΩ = τ = 0,044 μs es un rendimiento cerámico excelente, donde los condensadores electrolíticos de baja ESR son < 1 μs y los condensadores electrolíticos de uso general >> 100 μs. Dado que f >> 50 kHz, esto es crítico para la regulación y se mejoró con tres de las partes sugeridas en paralelo.

Es imposible lograr este bajo ESR*C = τ en un condensador electrolítico de aluminio, incluso con tipos de ESR ultra bajo. Es por eso que se usa cerámica en este diseño.

Si la ESR es demasiado alta y se aplican cargas escalonadas reactivas, hay más posibilidades de inestabilidad, voltaje de ondulación más alto y sobreimpulso.

Si no tiene un diseño automotriz o especificaciones de prueba o un plan de prueba de DVT con prueba de estrés, este diseño no se completó correctamente.

La hoja de datos recomienda que C4 sea un capacitor cerámico de baja ESR (20 µF a 68 µF). Parece que tienes un electrolítico de 22 µF. Todos los ejemplos de hojas de datos muestran dos 10 µF en paralelo. El valor real probablemente depende de la frecuencia. No tengo idea si esto puede o no ser un problema. Pero...

Tuve una falla en el MC34063 porque el capacitor de entrada era inapropiadamente bajo o tenía una ESR alta. La falla generalmente ocurría en el apagado, pero eso puede no ser relevante aquí.

A través de pruebas destructivas aquí en el laboratorio, parecería que la causa más probable de esta pila derretida de las entrañas del convertidor reductor fue la aplicación de polaridad inversa al convertidor reductor.

Gracias a todos por sus ideas, definitivamente las usaré para mejorar la próxima iteración de este diseño.

Sugeriría que la parte muy pequeña se está calentando mucho cuando se le coloca una carga y simplemente se quema. El diseño de la placa tampoco muestra mucho en cuanto al uso de cobre como disipador de calor a nivel de placa para la pieza.

Es posible que deba crear un disipador de calor, usar un paquete que tenga una almohadilla térmica integrada y/o encontrar otra pieza en un paquete mucho más robusto.

Si tiene la intención de volver a visitar el diseño, elegir una pieza con un umbral de habilitación más estrictamente controlado permitiría reemplazar todo el circuito de corte de bajo voltaje por un divisor de potencial simple en el pin EN. Este ahorro de costos pagaría por el nuevo dispositivo y podría dar algo de presupuesto para algunos componentes de protección. El TPS562200 podría tener un límite de corriente de hasta 5,3 A. El inductor probablemente esté muy saturado para entonces.