Sí, completamente.
Llevo todo el día fuera de casa con una idea en la cabeza, y sospecho que por ahí pueden venir los problemas. La línea Vdd del conector ICSP la tengo conectada a la Vdd de 5V del circuito. Cuando meto 3.3V con mi fuente externa en la línea de 3.3V del circuito (tras el regulador), el ICD3 lo detecta bien, y supongo que a la línea de 5V llega algún residuo a través del regulador en sentido contrario.
Sin embargo cuando meto 5V con mi fuente en la línea Vdd, el ICD3 no lo detecta. Estoy imaginando que si ICD3 lee 5V en Vdd, automáticamente no continúa porque se supone que el 24F no habrá sobrevivido.
En fin, no es más que una teoría, pero ya no sé qué probar.