Все, похоже разобрался. Нашел хорошую статью по понижающим преобразователям:
разработка понижающего преобразователя без секретовТам описаны расчеты параметров компонентов именно для схемы понижающего ШИМ преобразователя с ее особенностями. Посчитав параметры, стало ясно, что частота слишком низкая. Частоту повысил, убрал все элементы, кроме транзистора, в нагрузку поставил высокоомный транзистор и тут получил эффект, который разъяснил проблему.
Схема такая:

R1 = 1 КОм
Сам опыт: если подключить осциллограф к PWM ATTiny26, то он покажет идеальный квадратный сигнал периодом в 2 мкс. Далее подключаем транзистор и резистор по схеме, но не отключаем осциллограф (осциллограф мегаомный). Программа контроллера написана таким образом, что скважность на PWM меняется от 0 до 80% в течении 5 сек, чтобы наблюдать процесс визуально. Вначале картинка кое-как похожа на импульсы, но потом, при скважности к 50% сигнал превращается в прямую. Из чего можно сделать вывод, что затвор транзистора служит как конденсатор. Это также объясняет проблему повышенного потребления: транзистор работал не в режиме ключа.
Теперь, как всегда, вопрос: кто-нибудь работал с контроллерами атмел и подбирал ли транзистор на выход PWM? Ток СИ макс. достаточно 2А. Если кто конструировал, подскажите, пожалуйста.
Заранее спасибо.