La topología de su circuito se ve básicamente correcta.
Sin embargo, mi primera suposición es que L1 no es realmente un inductor de 10 mH. Si fueran 10 µH, eso podría explicar las cosas. Está cambiando a 31,5 kHz, que tiene un período de 31,8 µs. Muestra una onda cuadrada, por lo que los tiempos de encendido y apagado son la mitad, o 16 µs. Incluso con la corriente del inductor comenzando en 0, al final de un pulso obtendría (8.8 V) (16 µs) / (10 µH) = 14 A. No proporcionó ninguna hoja de datos, pero eso es bastante probable que haya pasado. la saturación de L1 y, posiblemente, la capacidad actual de M1 y el suministro.
Otra posibilidad es que M1 no se encienda completamente. Nuevamente, ya que no proporcionó ninguna hoja de datos, no puedo comentar más. Verifique para qué voltaje de compuerta M1 está especificado, luego compárelo con lo que sea que esté manejando. Si el PWM es solo una señal digital de 5 V o 3,3 V, entonces es muy probable que M1 no se encienda completamente cuando la señal es alta.
La siguiente posibilidad es que la puerta no se active con suficiente corriente al cambiar. Eso se determina fácilmente con solo mirar la señal de la puerta. ¿Es una onda cuadrada agradable y nítida, o lleva su tiempo pasar de un estado a otro? Si es lo último, entonces el FET está gastando demasiado tiempo entre encendido y apagado. Una posible solución es utilizar un chip de controlador FET.
Añadido:
Ahora que se ha proporcionado la hoja de datos para el FET (aunque solo en comentarios), podemos ver que este FET es claramente inadecuado para esta unidad de puerta. La baja Rdson se aplica a la unidad de puerta de 10 V. El voltaje de umbral de la puerta puede ser tan alto como 4 V, y no hay garantía de lo que hace con solo 5 V en la puerta.
Ya que solo desea una salida de 15 V, un FET de bajo voltaje que esté realmente especificado para una unidad de 5 V gate sería una buena opción. Por ejemplo, echa un vistazo a la IRFML8244. Puede manejarse directamente desde una salida lógica digital en muchos casos.
Sin embargo, reemplazar el FET solo soluciona uno de los posibles problemas. A una frecuencia de conmutación tan lenta, debe tener cuidado con la saturación del inductor. También debe hacer algo para evitar que la salida sea demasiado alta. Esto podría ser tan simple como un divisor de voltaje desde la salida que alimenta una entrada de comparador del micro, que está configurado para eliminar la salida PWM cuando está por encima de algún umbral.
