¿Por qué una frecuencia de conmutación más baja es más eficiente?

Hay pérdidas de encendido y apagado con cada ciclo de conmutación, tanto en la activación de los elementos de conmutación (pérdida de activación de puerta si hablamos de MOSFET) como en el tren de potencia si está considerando una topología de conmutación dura como la convertidores reductores que se muestran en su pregunta.

La reducción de la frecuencia operativa reduce el número de estos eventos por unidad de tiempo, todos los cuales tienen pérdidas. Voila, ahora estás ahorrando algo de energía.

Sin embargo, los beneficios de la conmutación de frecuencias más bajas no son gratuitos. El resultado de una frecuencia de conmutación más baja es una corriente máxima más alta por ciclo de conmutación.

En general, hay un punto de equilibrio entre las pérdidas de conmutación/puerta y las pérdidas de conducción debido a la corriente. Encontrar el equilibrio es parte de la 'magia' en el diseño de fuentes de alimentación.

La operación de frecuencia más alta reduce la corriente máxima (lo que significa un magnetismo más pequeño) pero aumenta las pérdidas de puerta y conmutación. Una vez más, se trata de equilibrio.

Los MOSFET pueden ser interruptores bastante buenos: pueden tener una corriente de fuga baja cuando están apagados y una resistencia de encendido baja, por lo que en cualquier situación disipan muy poca energía; o la corriente es baja, o el voltaje. Pero para encender y apagar el FET tiene que pasar por su región activa, y allí ni el voltaje ni la corriente son despreciables, y su producto es potencia disipada. Cuanto mayor sea la frecuencia, más veces por segundo tendrá estas pérdidas de conmutación , así que espere 5 veces más pérdidas de conmutación a 2 MHz que a 400 kHz.

Una frecuencia más alta es útil porque el inductor tiene que almacenar menos energía y puede hacerse más pequeño. (La energía es poder$\times$Tiempo, y a mayor frecuencia el período de conmutación es más corto.)