Для начала убедиться, что источник питания не просаживается под нагрузкой до тех же 5 вольт (аккумулятор, полагаю?). Если всё в норме, тогда уменьшить частоту генератора ШИМ. При высокой частоте генератора заполнение уменьшается, напряжение на нагрузке падает. Измени ёмкость С1, увеличь её на порядок, поставь 0,33 мкФ.