本发明公开了一种试验箱用大跨度低温制冷系统，包括复叠制冷的高温级机组、低温级机组、载冷机组，以及均与其连通的冷却水循环集成；所述高温级机组和低温级机组之间设置有冷凝蒸发器，所述载冷机组和高温级机组之间设置有中温级蒸发器，所述载冷机组和低温级机组之间设置有D蒸发器，所述高温级机组包括N台并联的G压缩机，N台所述G压缩机的吸气端均连通于G吸气汇管，排气端均连通于G排气汇管，在前N1台和后N2台所述G压缩机之间的G吸气汇管和G排气汇管上分别设置直通开关阀和分流三通开关阀，其中N＝N1+N2，且N1≤N2，所述分流三通开关阀的角阀侧连通于G吸气汇管。其减小了压比，提高了运行效率和安全性，有利于获得更低温度。