Actualización: fue el LED en la carga el que disminuyó el voltaje.
Tengo un problema para medir el voltaje de la señal del interruptor N-MOSFET de fuente común. Todo lo que incluye o-scope está conectado a tierra y no hay forma de desacoplarlos. Obviamente no puedo poner o-scope entre vcc y vout, ya que tendrá una constante de 5V (Vout conectado GND), y freír el circuito de la otra forma (Vcc conectado a GND).
Así que conecté la sonda a Vout y la conecté a tierra al punto más cercano. Da una señal invertida cuando hay una carga (1k Ohm), pero la amplitud es de solo 3.4V. El Vcc tiene una precisión de 5 V desde la PSU de banco en modo cv. MOSFET es IRLZ34N.