Имеетсся StepDown преобразователь 12В -> 3.5В на TPS563209. Схема типовая, из даташита, разводка тоже выполнена в соответствии с приведенной там картинкой. Индуктивность 3.3мкГ, выходная емкость - 2*22мкФ, керамических.

Основная нагрузка - GSM модем, и еще всякая мелкая электроника. Проблема в том, что при включении GSM модема TPS563209 с большой вероятностью сгорает, почему? При этом, если вместо модема подключить резистивную нагрузку на 2А, то все прекрасно работает. Также ничего не выгорает при многократных КЗ выходной цепи. Вообще, согласно даташиту у TPS563209 есть защита от всего, и тем не менее сгорает.

Как-нибудь можно бороться?

Как происходит включение GSM модема ? Если как в статье AN88F.pdf (Ceramic Input Capacitors Can Cause Overvoltage Transients от Linear.com ), то там и ответ.

Попробуй еще потестить сам БП. Отключить GSM и подключить импульсную нагрузку. Есть лабораторные программируемые нагрузки или что то смакетировать резистор с транзистором, и управлять транзистором от генератора (чтобы подключал/отключал нагрузочный резистор). Обычно проверяю схемы питания GSM так.

Вообще-то не так, GSM модем включается транзисторным ключом на вторичной стороне, и линия связи короткая - 20мм, но между ключом и выходом БП стоит ферритовый бид, его индуктивность может, наверное, аналогичный эффект вызвать. Попробую убрать.

а что происходит на шине питания в момент включения гсм модема? может быть выброс как выше питания, так и ниже общего провода, такие и меры должны быть

а после ключа и ферритового bead непосредственно на входе самого GSM модуля какие емкости ещё стоят?

Возможно, по входу 209ой установлен диод для защиты от переполюсовки. Тогда причина в нём - стабилизатор выходит из строя от перенапряжения при сбросе нагрузки при работе GSM.
Разница между 209 и 200 не ускользнула от внимания ?

В паспорте никаких ни типовых модемов, ни подключающих их ключей, ни типовой ни схемы и ни разводки всего этого добра — вот потому-то там ничего и не горит.

Некоторое время назад столкнулся с такой же точно проблемой на TPS5432 -- входном напряжении 5В, выходном 4В на модем. Схема по референсу. Горели порядка 20%, указанных TPS-ок по результатам 100 включений/выключений. Причину выявить не удалось. После долгих танцев с бубном, удалось как-то купировать проблему установкой в качестве костылей двух диодов -- по входу TVS ESDA5V3L и маленького диода шоттке (тип не помню) с 4В на 5В. При этом установка других элементов, например, других TVS-ов на те же 5В номинального напряжения не помогало. В последствии переделал дизайн на линейный стабилизатор.

sz36 Была подобная проблема, правда на другой микросхеме. Сигнал на вывод 4 заведите через маленький феррит и зашунтируйте ногу конденсатором 200-300пф. Как можно ближе.

Понижающий синхронный buck внезапно превращается в повышающий преобразователь и при недостаточной входной ёмкости возникает опасное перенапряжение.

У этих скоростных импульсников низкое входное до 17 Вольт. Естественно будут часто пробиваться при питании от 12 Вольт из-за переходных процессов.
Нужен скорстной TVS по входу\выходу, правильная разводка платы. Обязательно те рекомендованые Low ESR конденсаторы. Большая емкость им вредна. Выходные полевики импульсника на это не расчитаны. Ну и для GSM модемов их не рекомендуют из-за высокой чувствительности к наводкам.