C'è da tener presente un possibile calo di tensione. Non tutti se lo ricordano, ma l'Arduino ha i fuse impostati per attivare il BOD (Brown-Out Detection) a 4,3V quindi basta poco per scendere sotto alla tensione minima di reset. Basta anche passare i 5V da Vin con un diodo classico che hai già raggiunto la tensione di brown-out. 5-0,7=4,3V