Как заставить регулярное выражение возвращать только первое совпадение?

Используйте аргумент limit со значением 1:

preg_replace('/\^[^^]*\^/', 'XXXXX', $str, 1) # Если нужно удалить символы ^
preg_replace('/(?<=\^)[^^]*(?=\^)/', 'XXXXX', $str, 1) # Если нужно сохранить символы ^ и заменить только текст внутри них

См. пример кода на PHP. См. справку по preg_replace:

limit Максимально возможное количество замен каждого шаблона для каждой строки subject. По умолчанию равно -1 (без ограничений).

См. пример работы регулярного выражения:

• \^ - символ ^
• [^^]* - ноль и более символов, отличных от ^
• \^ - символ ^

Альтернативное решение

Если у вас нет возможности задать дополнительные аргументы для preg_replace, используйте

$str = preg_replace('/^[^^]*\^\K[^^]*(?=\^)/', 'XXXXX', $str);

См. пример этого регулярного выражения. Подробности:

• ^ - начало строки
• [^^]* - ноль и более символов, отличных от ^
• \^ - символ ^
• \K - оператор, удаляющий весь текст из буфера текущего совпадения
• [^^]* - ноль и более символов, отличных от ^
• (?=\^) - блок предварительного просмотра вперёд, который требует наличия символа ^ сразу после текущей позиции в строке.

Заменить первое вхождение можно явно, добавив якорь начала строки:

$s = '200x2000^3434^54545|120x400^3333^4444';
echo preg_replace('#^([^^]*\^)(?:[^^]*)#', '${1}XXX', $s);

• ^([^^]*\^) - От начала строки до первого символа ^, включая его
• (?:[^^]*) - Некоторое количество не ^
• $1 - Подставить в замену первую группу захвата

200x2000^XXX^54545|120x400^3333^4444