Питание на Atmega предположительно будет иметь стабильную модуляцию скачком с 3 В до 5 В и обратно с периодом около полсекунды. Детектор пониженного напряжения установлен на 2,7 В. Кто встречался на практике - будет ли сбиваться работа, если AVR имеет кварцевую стабилизацию, от внутреннего и от внешнего RC-генератора?

Думаю, такие вопросы надо задавать напрямую atmel-у.
У меня при плавном изменении питания сбоев не было (контроллер был с буквой L).
При скачкообразном изменении могут быть сбои из-за перетекания заряда между частями схемы, т.к. сопротивление и индуктивность проводников будут препятствовать резкому изменению тока, и, следовательно, равномерному изменению напряжения во всёй схеме.
Т.е. всё зависит от реальной скорости изменения напряжения питания, качества разводки, наличия других компонентов, которые могут проявить себя при изменении напряжения питания (ёмкости, индуктивности), а также наличия компонентов, которые чувствительны к повышению/снижению напряжения на входе выше питания/ниже земли.

У меня при просадках питания (малый сглаживающий конденсатор до стабилизатора) работало неустойчиво. Хотя просадка не опускалась ниже 3В, периодически сбрасывался МК. Понятно, при увеличении емкости все прошло.

У меня сбивалось при снижении до 3,3 вольта. Электолит возле Меги спас ситуацию, но, примерно один-два раза в сутки всё равно сбой наблюдался.

Необходима организация бесперебойного питания, примените ионисторы для этого.

Я бы в этом случае сделал стабилизированное питание 3В если, конечно, периферия позволяет

У меня при БОД на 2,7 В при резких скачках происходит сброс.