Почему более низкая частота переключения более эффективна?

При каждом цикле переключения возникают потери на включение и выключение, как при управлении самими переключающими элементами (потери при управлении затвором, если мы говорим о полевых МОП-транзисторах), так и в силовой передаче, если вы рассматриваете топологию с жестким переключением, такую ​​как понижающие преобразователи, изображенные в вашем вопросе.

Уменьшение рабочей частоты уменьшает количество этих событий в единицу времени — все они с потерями. Вуаля, теперь вы экономите немного энергии.

Однако преимущества переключения на более низкие частоты не бесплатны. Результатом более низкой частоты переключения является более высокий пиковый ток за цикл переключения.

Обычно существует баланс между потерями переключения/затвора и потерями проводимости из-за тока. Поиск баланса является частью «волшебства» при проектировании источников питания.

Работа на более высокой частоте снижает пиковый ток (что означает меньшие магнитные поля), но увеличивает потери затвора и переключения. Опять же, все дело в балансе.

МОП-транзисторы могут быть довольно хорошими переключателями: они могут иметь низкий ток утечки в выключенном состоянии и низкое сопротивление во включенном состоянии, поэтому в любой ситуации они очень мало рассеивают мощность; либо ток низкий, либо напряжение. Но для включения и выключения полевого транзистора он должен пройти через свою активную область, а там ни напряжение, ни ток не пренебрежимо малы, а их произведением является рассеиваемая мощность. Чем выше частота, тем больше раз в секунду возникают эти потери при переключении , поэтому ожидайте в 5 раз больше потерь при переключении на частоте 2 МГц, чем на частоте 400 кГц.

Более высокая частота полезна, потому что индуктор должен хранить меньше энергии, и его можно сделать меньше. (Энергия - это сила$\times$Время, а при более высокой частоте период переключения короче.)